ТОПКА КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ДРОБЛЕНЫХ ТОПЛИВ И ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ Российский патент 2007 года по МПК F23C10/00 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к топочным устройствам кипящего слоя, и может быть использовано в промышленных и энергетических котлах для высокоэффективного сжигания дробленых твердых топлив и горючих отходов.

Известна топка кипящего слоя для сжигания твердых топлив и горючих отходов, содержащая ограждающие стены - фронтовую, две боковые и заднюю, образующие зону кипящего слоя и надслоевой объем топки, неподвижную воздухораспределительную решетку для сжигания твердых топлив и горючих отходов в кипящем слое, расположенную в нижней части топки, устройство ввода горючего материала на кипящий слой или в кипящий слой, а также устройства вывода шлака, размещенные под этой решеткой (Кубин М. Сжигание твердого топлива в кипящем слое / М. Кубин; перевод с чешск. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.35-36, рис.15).

Основным недостатком такой топки являются высокие эксплуатационные затраты вследствие отсутствия возможности принудительного механического вывода шлака и шлаковых агломератов из кипящего слоя с воздухораспределительной решетки, образующихся при температуре слоя выше 1000-1200°С, так как накопление шлаковых агломератов на воздухораспределительной решетке приводит к залеганию материала слоя, полному его спеканию, то есть зашлаковыванию, и, следовательно, к аварийной остановке котла. Поддержание приемлемых по условиям бесшлаковочной работы температур кипящего слоя требует увеличенного расхода воздуха под слой, что приводит к повышенным избыткам воздуха в дымовых газах и, соответственно, большим потерям тепла с уходящими газами, снижению коэффициента полезного действия котла, повышенному расходу топлива.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является топка кипящего слоя для сжигания твердых топлив, содержащая ограждающие стены, топочные экраны, защищающие ограждающие стены от шлакования и разрушения под воздействием теплового излучения и охлаждающие продукты сгорания, устройство ввода горючего материала, в качестве которого используется твердое топливо, устройство вывода шлака, подвижную цепную воздухораспределительную решетку обратного хода для сжигания твердых топлив в кипящем слое и дожигания шлака, поперечный коллектор, сопла для ввода вторичного воздуха, вертикальные вихревые камеры для дожигания уноса. Поперечный коллектор установлен над этой решеткой, подключен к одному из топочных экранов и предназначен для разделения поверхности решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака. Сопла для ввода вторичного воздуха установлены извне ограждающих стен тангенциально вертикальным вихревым камерам. Вихревые камеры в свою очередь снабжены горизонтальными отбойными щитками, сопряженными с соплами для ввода вторичного воздуха, летками с отсасывающим эжектором для удаления жидкого шлака при пусковых режимах (авторское свидетельство 174310, МПК F23с).

Основными недостатками топки кипящего слоя для сжигания твердых топлив являются высокие эксплуатационные затраты, повышенная трудоемкость изготовления, большой вес и значительные габариты, малая надежность работы и невысокая эффективность выжигания шлака. Высокие эксплуатационные затраты связаны с необходимостью длительной аварийной остановки котла для ремонта подвижной цепной воздухораспределительной решетки. Повышенная трудоемкость изготовления топки является следствием сложности изготовления подвижной цепной воздухораспределительной решетки и установки сопел для ввода вторичного воздуха тангенциально вертикальным вихревым камерам. Большой вес и значительные габариты топки обусловлены выполнением воздухораспределительной решетки подвижной и цепной. Малая надежность работы топки обусловлена тем, что в подвижной воздухораспределительной решетке использованы цепи, имеющие невысокую долговечность, что в свою очередь приводит к частому выходу топки из строя. Невысокая эффективность выжигания шлака объясняется отсутствием использования элементов, инициирующих интенсивное ворошение материала слоя на подвижной цепной воздухораспределительной решетке.

Задачей настоящего изобретения является снижение эксплуатационных затрат и трудоемкости изготовления топки кипящего слоя, уменьшение ее веса и габаритов, повышение надежности работы и эффективности выжигания шлака.

Для достижения указанного технического результата топка кипящего слоя для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов, содержащая ограждающие стены, по меньшей мере один топочный экран, устройства ввода горючего материала и вывода шлака, воздухораспределительную решетку для сжигания в кипящем слое и дожигания шлака, поперечный коллектор, установленный над этой решеткой, подключенный к топочному экрану и разделяющий поверхность решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака, сопла для ввода вторичного воздуха, связанные с ограждающими стенами, снабжена шурующей планкой, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов в кипящем слое и дожигания шлака, и опрокидывающимся колосником, прикрепленным к концу указанной решетки со стороны зоны выжигания шлака, а сопла для ввода вторичного воздуха встроены в ограждающие стены над кипящим слоем.

Кроме того, шурующая планка соединена со штангами для подвода и отвода охлаждающей воды.

Кроме того, воздухораспределительная решетка снабжена патрубками для подвода и отвода охлаждающей воды.

Снижение эксплуатационных затрат обеспечивается отсутствием необходимости длительной аварийной остановки котла в случае ремонта шурующей планки, замену которой можно произвести в минимальные сроки.

Снижение трудоемкости изготовления топки кипящего слоя вызвано, во-первых, введением шурующей планки, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки и обеспечивающей перемещение топлива и шлака вдоль последней, простых в изготовлении, во-вторых, установкой сопел для ввода вторичного воздуха непосредственно встроенными в ограждающие стены.

Уменьшение веса и габаритов топки кипящего слоя обеспечиваются отсутствием необходимости использования подвижной воздухораспределительной решетки при введении шурующей планки, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки, которые обладают небольшими весом и габаритами.

Повышение надежности работы топки кипящего слоя обусловлено установкой достаточно долговечной водоохлаждаемой шурующей планки, совершающей возвратно-поступательные движения по достаточно долговечной неподвижной водоохлаждаемой воздухораспределительной решетке, что обеспечивает бесперебойную работу котла.

Повышение эффективности выжигания шлака обусловлено совмещением направленного перемещения материала слоя по неподвижной воздухораспределительной решетке в сторону опрокидывающегося колосника с интенсивной шуровкой, то есть ворошением материала слоя, посредством шурующей планки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема топки кипящего слоя для сжигания дробленых топлив и горючих отходов.

На чертеже дополнительно представлено следующее:

- направления движения шурующей планки обозначены горизонтальной линией со стрелками на концах;

- направление ввода горючего материала обозначено линией со стрелкой, расположенной под углом к горизонтали;

- направление вывода шлака обозначено вертикальной линией со стрелкой с острием вниз;

- направление вывода дымовых газов обозначено вертикальной пунктирной линией со стрелкой с острием вверх;

- направление движения продуктов сгорания и уноса из зоны выжигания шлака в надслоевое пространство топки обозначено изогнутыми линиями со стрелками;

- направления ввода охлаждающей воды в воздухораспределительную решетку и вывода показаны соответственно вертикальной линией со стрелкой с острием вверх и горизонтальной линией со стрелкой.

Топка кипящего слоя для сжигания дробленых топлив и горючих отходов содержит неподвижную водоохлаждаемую воздухораспределительную решетку 1 для сжигания дробленых топлив и горючих отходов и дожигания шлака, фронтальный 2, два боковых (на чертеже не показаны) и задний 3 топочные экраны, ограждающие кипящий слой 4 и надслоевое пространство 5 стены 6 - передняя, две боковые и задняя, устройство 7 ввода горючего материала, в качестве которого используются твердые дробленые топлива и горючие отходы, устройство 8 вывода шлака. Над решеткой 1, расположенной в нижней части топки, установлен поперечный коллектор 9, подключенный к заднему 3 топочному экрану и разделяющий ее поверхность на зону 10 кипящего слоя и зону 11 выжигания шлака. При этом топочные экраны служат для защиты изнутри ограждающих стен 6. Устройство 7 ввода топлива может быть расположено на фронтальном 2 топочном экране, например над кипящим слоем 4.

Под решеткой 1 установлены воздушный короб 12 зоны 10 кипящего слоя и воздушный короб 13 зоны 11 выжигания шлака с подключенными к ним соответственно патрубками 14 и 15, в которых размещены регулирующие шиберы 16 и 17 для подачи окислителя, а именно воздуха, под решетку 1. В конце решетки 1 со стороны зоны 11 выжигания шлака расположен опрокидывающийся колосник 18, обеспечивающий дополнительное выжигание горючих в шлаке. Колосник 18 прикреплен одним из торцов к вращающемуся валу 19, в свою очередь прикрепленному снизу оконечной кромки решетки 1, и снабжен пружиной, удерживающей его в горизонтальном положении (на чертеже не показана).

Топка кипящего слоя оборудована шурующей планкой 20, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по верхней поверхности решетки 1. Шурующая планка 20 выполнена, например, с треугольным профилем в поперечном сечении, который при периодическом совершении планкой рабочих ходов обеспечивает направленное перемещение материала слоя по поверхности решетки 1 в сторону опрокидывающегося колосника 18. Шурующая планка 20 соединена со штангами 21 для подвода и отвода охлаждающей воды, то есть является водоохлаждаемой.

В ограждающие стены 6 над кипящим слоем 4 встроены сопла 22 для ввода вторичного воздуха. В заднем 3 топочном экране размещены окна 23.

В режиме ожидания шурующая планка 20 расположена на решетке 1, в ее начале, внизу фронтовой зоны 24 залегания материала кипящего слоя 4. Задняя зона 25 залегания материала кипящего слоя 4 формируется на решетке 1 между зоной 10 кипящего слоя и зоной 11 выжигания шлака.

Воздухораспределительная решетка 1 снабжена подводящим 26 и отводящим 27 патрубками для подвода и отвода воды, то есть является водоохлаждаемой.

Топка кипящего слоя для сжигания дробленых топлив и горючих отходов работает следующим образом. Топливо из устройства 7 подается в кипящий слой 4 на зону 10 кипящего слоя решетки 1. При этом через патрубок 14 с шибером 16, короб 12 и решетку 1 в кипящий слой 4 подается 30-50% воздуха, необходимого для горения; через патрубок 15 с шибером 17, короб 13 и решетку 1 под слой шлака подается 25-10% воздуха, необходимого на выжигание шлака. Около 5% воздуха присасывается через колосник 18. Расходы воздуха для горения и выжигания шлака регулируются шиберами 16 и 17. Остальная часть воздуха - 45-35% - подается в топку в надслоевое пространство 5 через сопла 22 для ввода вторичного воздуха.

Шурующая планка 20 присоединена к подвижным штангам 21, минимум двум, по которым осуществляется подвод и отвод охлаждающей воды. В режиме ожидания шурующая планка 20 размещается в начале решетки 1, внизу фронтовой зоны 24. Шурующей планкой 20 совершаются рабочие прямые, в сторону колосника 18, и обратные ходы по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки 1, то есть шурующая планка 20 совершает возвратно-поступательное движение по поверхности решетки 1. Треугольный профиль поперечного сечения шурующей планки 20 позволяет при периодическом совершении рабочих ходов перемещать материал слоя направленно по решетке 1 в сторону опрокидывающегося колосника 18. Таким образом, во время рабочего хода шурующей планки 20 через зону 10 кипящего слоя она очищает решетку 1 от шлака и шлаковых агломератов, проталкивая их под поперечным коллектором 9 через заднюю зону 25 залегания материала кипящего слоя 4 в зону 11 выжигания шлака. В конце рабочего хода планкой 20 шлак сталкивается с решетки 1 на колосник 18. Во время движения планки 20 осуществляется интенсивная шуровка, то есть ворошение, материала слоя на решетке 1 в зоне 11 выжигания шлака, что способствует интенсификации его выжигания.

Продукты сгорания и унос из зоны 11 выжигания шлака и с опрокидывающегося колосника 18 через окна 23 в заднем экране 13 попадают в надслоевое пространство 5, где происходит их догорание при участии вторичного воздуха, подаваемого через сопла 22. Образующиеся при сгорании топлива на решетке 1 и колоснике 18 продукты сгорания - дымовые газы и унос - из топки направляются в конвективную часть котла. Шлак через колосник 18 сбрасывается в устройство 8 для вывода шлака.

Высокая надежность и долговечность работы воздухораспределительной решетки 1 обеспечивается подачей в нее и отводом охлаждающей воды через патрубки 26 и 27. Решетка 1 может быть выполнена, например, в виде трубчатого каркаса, по которому прокачивается охлаждающая вода, с закрепленными на нем чугунными колосниками либо с вваренными между труб перфорированными металлическими полосами.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снизить эксплуатационные затраты путем обеспечения возможности безаварийной работы котла и трудоемкость изготовления топки, уменьшить ее вес и габариты, повысить надежность работы топки и эффективность выжигания шлака.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к топочным устройствам кипящего слоя, и может быть использовано в промышленных и энергетических котлах для высокоэффективного сжигания дробленых твердых топлив и горючих отходов. Топка кипящего слоя для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов содержит ограждающие стены, по меньшей мере один топочный экран, устройства ввода горючего материала и вывода шлака, воздухораспределительную решетку для сжигания в кипящем слое и дожигания шлака, поперечный коллектор, установленный над этой решеткой, подключенный к топочному экрану и разделяющий поверхность решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака, сопла для ввода вторичного воздуха, связанные с ограждающими стенами. Топка снабжена шурующей планкой, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов в кипящем слое и дожигания шлака, и опрокидывающимся колосником, прикрепленным в концу указанной решетки со стороны зоны выжигания шлака. Сопла для ввода вторичного воздуха встроены в ограждающие стены над кипящим слоем. Газообразные продукты сгорания и унос из кипящего слоя, а также из зоны выжигания шлака и с опрокидывающегося колосника, попадающие в надслоевое пространство через окна в заднем экране, дожигаются при участии вторичного воздуха, подаваемого через сопла для ввода вторичного воздуха. Заявленное изобретение позволяет снизить эксплуатационные затраты путем обеспечения возможности безаварийной работы котла и трудоемкость изготовления топки, уменьшить ее вес и габариты, повысить надежность работы топки и эффективность выжигания шлака. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Топка кипящего слоя для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов, содержащая ограждающие стены, по меньшей мере, один топочный экран, устройства ввода горючего материала и вывода шлака, воздухораспределительную решетку для сжигания в кипящем слое и дожигания шлака, поперечный коллектор, установленный над этой решеткой, подключенный к топочному экрану и разделяющий поверхность решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака, сопла для ввода вторичного воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена шурующей планкой, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов в кипящем слое и дожигания шлака, и опрокидывающимся колосником, прикрепленным к концу указанной решетки со стороны зоны выжигания шлака, а сопла для ввода вторичного воздуха встроены в ограждающие стены над кипящим слоем.2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что шурующая планка соединена со штангами для подвода и отвода охлаждающей воды.3. Топка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что воздухораспределительная решетка снабжена патрубками для подвода и отвода охлаждающей воды.