КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F23K1/00 F22B33/00 

Изобретение относится к сжиганию топлива и может быть использовано на тепловых электростанциях для растопки котлов и работы при меняющихся нагрузках котла.

Известна растопочная пылесистема котельного агрегата [1] содержащая котельный агрегат, включающий котел с топкой, снабженный поярусно расположенными пылеугольными горелками, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой, подключенной к топке, мельницей-вентилятором, пылепроводом с пыледелителями, подсоединенными к горелкам топки, и растопочную пылесистему, содержащую растопочные бункера пыли, через циклоны подсоединенные к мельницам-вентиляторам, мельничные вентиляторы, соединяющие выхлопные патрубки и циклонов с топкой.

Недостатком известной пылесистемы котельного агрегата является значительный объем растопочных бункеров /- 60 тонн/, их громоздкость /диаметр 5,3 м, высота 29 м/ и взрывоопасность.

Известно устройство для подготовки твердого топлива к сжиганию [2] содержащее цилиндрическую камеру термообработки с осевым соплом и выходным окном на противоположных торцах, причем выходное окно подсоединено к топке котельного агрегата, тангенциальные сопла, и плоскую диафрагму с центральным отверстием, размещенную поперек камеры с кольцевым зазором по отношению к ее стенкам, причем в кольцевом зазоре между диафрагмой и стенками камеры дополнительно установлены завихривающие лопатки.

Недостатком известного устройства является постоянное использование мазута для термоподготовки топлива перед сжиганием, что снижает экономичность.

Известен делитель-пылеконцентратор в пылесистеме котельного агрегата [3] содержащий корпус, разделенный поперечными перегородками на секции, каждая из которых снабжена тангенциальными входными и выходными патрубками, размещенными на одной половине корпуса, причем секции снабжены перепускными трубами, первая секция входным патрубком, а последняя сбросной трубой.

Недостатком известного делителя-пылеконцентратора в пылесистеме котельного агрегата является отсутствие горячих дымовых газов для сушки и термоподготовки топлива в период растопки котла из холодного состояния, что снижает его эффективность.

Известен котельный агрегат [4] содержащий котел с топкой, снабженный поярусно расположенными пылеугольными горелками и сбросной горелкой, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой, подключенной к топке, мельницей-вентилятором и пылеконцентратором, вход которого подключен к мельнице-вентилятору, причем сбросная труба пылеконцентратора подключена к сбросной горелке, а осевой входной патрубок к газовой магистрали, патрубки отвода концентрированной смеси подсоединены к пылеугольным горелкам и выполнены тангенциальными, также как и патрубки ввода аэросмеси, пылеконцентратор снабжен поперечными перегородками, разделяющими его на секции, сообщающиеся между собой перепускными трубами, а патрубки отвода концентрированной смеси установлены так же, как и входные патрубки, в каждой секции.

Недостатком известного котельного агрегата является отсутствие горячих дымовых газов в период растопки котла, что снижает эффективность термоподготовки пыли перед сжиганием и стабильность ее горения и воспламенения.

Задачей изобретения является получение горячих дымовых газов в период растопки котла и создание растопочной концентрации сухой термообработанной пыли без применения растопочных бункеров.

Задача решается тем, что в котельном агрегате, содержащем котел с топкой, снабженной поярусно расположенными пылеугольными горелками и сбросной горелкой, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой, подключенной к топке, мельницей-вентилятором и пылеконцентратором, вход которого подключен к мельнице-вентилятору, а сбросная труба к сбросной горелке, осевой входной патрубок к газовой магистрали, патрубки отвода концентрированной смеси подсоединены к пылеугольным горелкам и выполнены тангенциальными, так же как и патрубки ввода аэросмеси, пылеконцентратор снабжен поперечными перегородками, разделяющими его на секции, сообщающиеся между собой перепускными трубами, а патрубки отвода концентрированной смеси установлены так же как и патрубки ввода аэросмеси, в каждой секции, согласно изобретению, перегородки и перепускные трубы выполнены с двойной стенкой с открытыми в сторону амбразуры горелки торцами перепускных труб, выполненных в виде кольцевых щелевых сопел, причем диаметр перепускной трубы, расположенной у сбросной трубы, меньше диаметра сбросной трубы, меньше диаметра сбросной трубы, но больше диаметра перепускной трубы, расположенной у осевого входного патрубка, диаметр которого меньше диаметра прилегающей перепускной трубы, патрубки ввода аэросмеси и отвода концентрированной смеси выполнены взаимно перекрещивающимися по вертикальной оси пылеконцентратора в нижней части корпуса, И между ними установлена поперек корпуса сегментная перегородка, не доходящая до перепускных труб, а полости между двойными стенками поперечных перегородок подключены к воздушной магистрали.

Выполнение перегородки и перепускных труб с двойной стенкой с открытыми в сторону амбразуры горелки торцами перепускных труб, выполненных в виде кольцевых щелевых сопел, подключенных к воздушной магистрали, с увеличивающимися диаметрами от входного патрубка до сбросной трубы, диаметры которых соответственно меньше и больше всех перепускных труб, позволяет организовывать дробное зажигание в корпусе пылеконцентратора мелкой пыли, за счет тепла которого производится термоподготовка крупной пыли, вращающийся у стенок корпуса в каждой секции. Суммарное количество воздуха, подаваемого в осевой входной патрубок и в кольцевые щелевые сопла через простенки поперечных перегородок достаточно только для выжигания мелкой пыли, крупная же пыль, теряя негорючий газовый баласт и коксуясь при этом, в горячем состоянии поступает в нижние ярусы горелок на растопку котла. Пылеконцентратор в данном случае заменяет крупногабаритный взрывоопасный бункер пыли для растопки котла. Поскольку пылеконцентратор проходной, то находящееся в нем количество пыли не представляет опасности для взрыва, кроме того, пылеконцентратор открыт в сторону топки и, в случае хлопка, газы просто уйдут в большой объем топки без причинения разрушения. Если учесть, что через пылеконцентратор предполагается пропускать только 30% всей пыли, идущей от мельницы-вентилятора, то габариты его по сравнению с бункером будут незначительными. Дробное выжигание мелкой пыли исключает образование окислов азота и вынос пыли в топку, если бы сжигание производилось только за счет осевого воздушного сопла, для чего потребовалось бы увеличить скорость осевого дутья, что привело бы к турбулизации пыли в отсеках и нарушение работы сепарации пыли.

Выполнение тангенциальных выходных и входных патрубков аэросмеси взаимноперекрещивающимися по вертикальной оси пылеконцентратора в нижней части корпуса с установкой между патрубками продольной перегородки в виде сегмента, доходящего до поперечных перегородок, позволяет исключить залеживание пыли в нижней части корпуса, которая выносится как входными, так и выходными патрубками, при работе их, а разделение патрубков сегментов исключает взаимное торможение потоков входящей и выходящей пыли, направленных в противоположные стороны и соприкасающихся в нижней части корпуса.

Таким образом, преимуществом предлагаемого котельного агрегата является то, что для растопки котла исключается применение крупногабаритных и взрывоопасных бункеров пыли. Вместо этого применяется проходной пылеконцентратор, одним их своих открытых торцов подключенным к горелке топки, а в другой торец заведено воздушное сопло с целью выжигания мелкой пыли. Для предупреждения выноса крупной пыли в топку из пылеконцентратора, в нем организовано дробное сжигание мелкой пыли в каждой секции за счет щелевых сопел, образованных между двойными стенками перепускных труб, сообщающихся с воздушной магистралью через простенки двойных стенок в поперечных перегородках.

В пылеконцентраторе получается сухая пыль растопочной концентрации, которая далее идет на горелки нижних ярусов топки самотеком.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый котельный агрегат; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Котельный агрегат содержит котел, топка 1 которого снабжена поярусно расположенными пылеугольными горелками 2 и сбросной горелкой 3, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой 4, подключенной к топке 1, мельницей-вентилятором 5 и пылеконцентратором 6, подключенным к мельнице-вентилятору 5 тангенциальными входными патрубками 7 через пыледелитель 8. Сбросная труба 9 пылеконцентратора 6 подсоединена к сбросной горелке 3, осевой входной патрубок 10 к магистрали 11 горячего воздуха, патрубки 12 отвода концентрированной смеси подключены к пылеугольным горелкам 2 и выполнены тангенциальными.

Пылеконцентратор 6 установлен соосно сбросной горелке 3, снабжен поперечными перегородками 13, разделяющими его на секции 14, сообщающиеся между собой перепускными трубами 15 и 16, а патрубки 12 отвода концентрированной смеси установлены, так же, как и патрубки 7 ввода аэросмеси, в каждой секции 14. Поперечные перегородки 13 и перепускные трубы 15 и 16 выполнены с двойной стенкой и сообщаются между собой через полости 17 между стенками, подсоединенные через кольцевые коллекторы 18 к воздушной магистрали 19. Диаметры осевого входного патрубка 10, перепускных труб 15 и 16 и сбросной трубы 9 пылеконцентратора 6 выполнены больше один другого и нарастающими по мере приближения к амбразуре горелки 3, соответствующими углу раскрытия факела осевого патрубка 10. Корпус пылеконцентратора 6 может быть выполнен коническим, с углом конусности равным углу раскрытия факела. Это уменьшает расстояние от входного патрубка 10 до сбросной трубы 9 при одновременном выравнивании условий термоподготовки во всех секциях 14, вследствие одинаковой удаленности перепускных труб 15 и 16 от стенок корпуса пылеконцентратора. Патрубки 7 ввода аэросмеси и 12 отвода концентрированной смеси выполнены взаимноперекрещивающимися и направлены относительно вертикальной осевой плоскости пылеконцентратора 6 и противоположные стороны и прикреплены к нижней части корпуса, и между ними установлена в вертикальной плоскости продольная сегментная перегородка 20 в нижней части корпуса пылеконцентратора, не доходящая по высоте до перепускных труб 15 и 16 в каждой секции 14. Открытые торцы перепускных труб 15 и 16 выполнены в виде кольцевых щелевых сопел соответственно 21 и 22, обращенных в сторону амбразуры сбросной горелки 3 и сообщающихся через простенки 17 с воздушной магистралью 19, при этом внутренний диаметр сопла 22 больше наружного диаметра сопла 21, что исключает попадание факела от осевого патрубка 10 на стенки поперечных перегородок 13 и вынос крупнодисперсной пыли в осевую зону пылеконцентратора. Патрубки 7 ввода аэросмеси подсоединены в каждой секции 14 пылеконцентратора к большому основанию конического корпуса, что увеличивает время пребывания крупной пыли в корпусе пылеконцентратора, так как крупная пыль будет постоянно отжиматься в широкую конусную часть.

Котельный агрегат содержит также основные пылепроводы 23, идущие от пыледелителя 8 через шибера 24 к горелкам 2, бункер 25 сырого угля с питателем 26 и растопочные мазутные форсунки 27 и 28 соответственно сбросной горелки 3 и основных горелок 2 нижних ярусов топки 1, имеющих воздушные сопла 29. Пылеконцентратор 6 выполнен из термостойкой стали и может быть охлаждаемым. На патрубках 12 отвода концентрированной смеси установлены шибера 30.

Котельный агрегат работает следующим образом.

Включается растопочные мазутные форсунки 27 и 28 горелок 3 и 2 топки 1 котла. После прогрева горелочных устройств при закрытых шиберах 24 включается /размольное устройство/ мельница-вентилятор 5 на небольшую пусковую мощность с включением питателя 26 сырого угля, поступающего из бункера 25. Измельченная дробленка в мельнице 5 выносится в виде пыли с помощью газов, поступающих из топки 1 через газозаборную шахту 4, а входной тангенциальный патрубок 7 пылеконцентратора 6 через пыледелитель 8, равномерно распределяющим аэросмесь по секциям 14 пылеконцентратора. В результате тангенциальной подачи аэросмеси пыль отжимается к стенкам корпуса пылеконцентратора, а отработанный сушильный агент локализуется в осевой области пылеконцентратора и удаляется через сбросную трубу 9 в сборную горелку 3 топки 1 с одновременным воспламенением части мелкой пыли, попадающей в сбросную трубу 9 с помощью мазутной растопочной форсунки 27, факел которой, выходящий из осевого патрубка 10 выходит в амбразуру горелки 3 и поджигает всю мелкую пыль, оказавшуюся в осевой зоне пылеконцентратора. В каждой секции 14 пылеконцентратора 6 пыль воспламеняется также у устьев сопел 21 и 22, через которые внутрь секций 14 поступает воздух из магистрали 19. Это уменьшает количество воздуха, подаваемого из патрубка 10, что исключает турбулизацию пыли в секциях 14, кроме того, дробное выжигание мелкой пыли исключает образование окислов азота, так как факелы сопел 10, 21 и 22 находятся в осевой зоне, забалластированной восстановительной средой в виде отработанного сушильного агента, представленного углекислым газом. Низкому выходу окислов азота способствует низкая температура в пылеконцентраторе, так как в него поступает через входные патрубки 7 большой секундный объем аэросмеси. Крупная пыль вращается в широкой конусной части каждой секции 14 пылеконцентратора и просушивается за счет тепла, выделяющегося при горении мелкой пыли, а также за счет лучистой составляющей осевого факела. Во время термоподготовки из частиц выходят все окисленные углеродные группы в виде углекислого газа, обнажая при этом коксовую матрицу, которая становится пористой и в присутствии кислорода может быстро воспламенится и сгореть за счет развитой поверхности, что происходит при подаче концентрированной смеси из патрубков 12 отвода в горелки 2 топки 2 самотеком, так как горелки 2 расположены ниже сбросной горелки 3, к которой подсоединен пылеконцентратор 6. В горелках 2 пыль вспыхивает за счет растопочных форсунок 28 и вторичного воздуха, выходящего из сопел 29. В горелке 3 догорание мелких частиц также происходит в струях вторичного воздуха сопел 29. После прогрева топки 1, мощность увеличивается и по выходу на номинальную мощность открываются шибера 24 и аэросмесь поступает в пылеугольные горелки 2 непосредственно из мельницы-вентилятора 5 через пылепроводы 23 от пыледелителя 8. После выхода на нормальный режим работы, растопочные форсунки 27 и 28 отключаются. Шиберами 30 на патрубках 12 отвода концентрированной смеси регулируется равномерность распределения пыли по горелкам 2. При перекрытии шиберов 12 пыль будет выгореть в горелке 3. При меняющихся нагрузках котла пыль может быть подана для стабилизации горения в горелке 2.

В предлагаемом котельном агрегате решена задача растопки котла без применения крупногабаритных циклонов и растопочных бункеров пыли, представляющих известную взрывоопасность. Транспортировка пыли, выходящей из патрубков 12 отвода концентрированной смеси снижает ее взрывоопасность при подаче самотеком, так как для этого не требуется применение газоносителя. Кроме того, пыль лишена остаточного кислорода, который выгорел в пылеконцентратора 6, что позволяет транспортировать ее без применения охлаждающих устройств. Решена проблема дозирования пыли. Благодаря секционности пылеконцентратора отпадает надобность в применении дозаторов пыли, представляющих сложные устройства. При работе на бурых углях, добываемых открытым способом, предварительная термоподготовка способствует улучшению условий воспламенения пыли, так как после термоподготовки обнажается неокисленная угольная матрица, которая вступает во взаимодействие с кислородом. Окисление группы отщепляются в виде углекислого газа и через сбросную трубу 9 выходят в сбросную горелку 3.

Предлагаемая конструкция позволяет также снизить образование окислов азота при горении, так как осевой факел в горелке 3 окружен восстановительной средой отработанного сушильного агента, что способствует восстановлению окислов.

Габариты пылеконцентратора в предлагаемом котельном агрегате не превышают размеров серийных пылеконцентраторов такой же производительности.

Использование: на тепловых электростанциях для растопки котлов их холодного состояния, работающих преимущественно на бурых углях добываемых открытым способом. Сущность изобретения: котельный агрегат содержит котел с топкой 1, имеющей пылеугольные горелки 2 и сбросную горелку 3, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой 4, мельницей-вентилятором 5, пылеконцентратором 6, разделенным поперечными перегородками 13 на секции 14, сообщающиеся между собой перепускными трубами 15 и 16. Поперечные перегородки 13 и перепускные трубы 15 и 16 выполнены с двойными стенками, полости между стенок у которых сообщаются с источником воздуха, а торцы перепускных труб выполнены в виде кольцевых щелевых сопел 21 и 22, обращенных в сторону амбразуры горелки 3, при этом внутренний диаметр сопла 22 больше наружного диаметра сопла 21, а диаметры входного патрубка 10, перепускных труб 15 и 16 и сбросной трубы 9 выполнены с нарастающим увеличением с углом конусности вдоль оси, равным углу раскрытия осевого факела, равным которому выполнен и конический корпус пылеконцентратора, причем входные и выходные патрубки 7 и 12 выполнены взаимноперекрещивающимися в нижней части корпуса в вертикальной осевой плоскости, а между патрубками установлена вертикальная сегментная перегородка 20 ниже уровня перепускных труб, прикрепленная к нижней части корпуса и разделяющая выходные и входные окна патрубков 7 и 12, первый из которых прикреплен к широкому основанию корпуса в каждой секции 14. 2 ил.

Котельный агрегат, содержащий котел с топкой, снабженной поярусно расположенными пылеугольными горелками и сбросной горелкой, и систему пылеприготовления с газозаборной шахтой, подключенной к топке, мельницей-вентилятором и пылеконцентратором, вход которого подключен к мельнице-вентилятору, а сбросная труба к сбросной горелке, осевой входной патрубок к линии горячего газа, патрубки отвода концентрированной смеси выполнены тангенциальными и подсоединены к пылеугольным горелкам, пылеконцентратор снабжен поперечными перегородками, разделяющими его на секции, сообщающиеся между собой перепускными трубами, тангенциальные патрубки ввода аэросмеси и отвода концентрированной смеси установлены в каждой секции, пыледелитель с пылепроводами и воздушные сопла, отличающийся тем, что перегородки и перепускные трубы выполнены с двойной стенкой с открытыми в сторону амбразуры сбросной горелки торцами перепускных труб, выполненных в виде кольцевых щелевых сопл, сообщающихся через полости двойных стенок поперечных перегородок с воздушной магистралью, при этом внутренний диаметр сопла, расположенного у сбросной трубы, больше наружного диаметра сопла, расположенного у входного патрубка, а диаметры входного патрубка, перепускных труб и сбросной трубы выполнены с нарастающим увеличением по мере приближения к амбразуре сбросной горелки с углом конусности вдоль оси, равным углу раскрытия осевого факела, равным которому выполнен и конический корпус пылеконцентратора, причем патрубки ввода аэросмеси и отвода концентрированной смеси взаимно перекрещиваются в нижней части корпуса по вертикальной осевой плоскости и направлены в противоположные стороны, между ними в нижней части корпуса в каждой секции установлена вертикальная сегментная перегородка, расположенная ниже перепускных труб, а патрубки ввода аэросмеси подсоединены к широкому основанию корпуса в каждой секции.