КОТЛОАГРЕГАТ Российский патент 2007 года по МПК F22B21/34 F24H1/12 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к котлоагрегатам для сжигания твердого топлива в кипящем слое, и может быть использовано при строительстве и реконструкции промышленно-отопительных котельных.

Известен котлоагрегат со слоевой топкой (Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог. Раздел «Водогрейные котлы», М., 1992), в котором поворотный экран выполнен из труб, наклонен к горизонту до 30°, верхняя плоскость поворотного экрана обложена огнеупорным кирпичом. Поворотный экран предназначен для более быстрого загорания свежего топлива, заброшенного питателем на топку.

Недостатком известного решения является низкий кпд слоевой топки, недожог топлива на нагрузках свыше 70% от номинала, большие выбросы золы и сажи в атмосферу, разрушение кирпичной кладки в процессе эксплуатации приводящее к абразивному износу труб котла.

Известен котлоагрегат содержащий трубные экранные и конвективные поверхности нагрева, механическую топку высокотемпературного кипящего слоя, узкую наклонную подвижную цепную колосниковую решетку прямого хода с дутьевыми зонами первичного воздуха и удаления провала уноса, трубную панель охлаждения, механический питатель угля, коллекторы вторичного дутья, бункер осаждения уноса с воздушным эжектором возврата уноса, раму котла и раму решетки (Патент на полезную модель №38041, опубл. 20.05.04, бюл. №14).

Недостатком известного котлоагрегата являются его низкая производительность и кпд, отсутствие бокового заброса топлива, загрязнение атмосферы. При реконструкции котельной сложно привязаться к имеющемуся оборудованию, т.к. реконструкция котельной требует переделки имеющейся системы шлакоудаления.

Наиболее близким к заявляемому котлоагрегату по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является котлоагрегат (патент РФ №2231714, опубл. 27.06.2004), состоящий из топки для сжигания твердого топлива в кипящем слое, наклонного подвижного колосникового полотна с боковыми уплотнениями и расположенными под ним дутьевыми зонами, поворотного экрана, загрузочного бункера для подачи топлива, разгонного короба с неподвижной плитой.

Недостатками известного котлоагрегата являются его низкий кпд, загрязнение атмосферы. Неподвижная плита в разгонном коробе не обеспечивает подачу топлива в оптимальную зону горения. При реконструкции котельной сложно привязаться к имеющемуся оборудованию, т.к. емкость бункера для подачи топлива недостаточна для непрерывной работы котла (Согласно СНиП II-35-76 «Котельные установки» емкость бункера должна обеспечивать непрерывную работу котла 7-8 часов без направления дополнительного эксплуатационного персонала на догрузку угля в течение смены), в связи с этим реконструкция котельной требует переделки имеющейся системы подачи топлива. В известном котлоагрегате поворотный экран выполнен вертикальным из труб и обложен огнеупорным кирпичом. В процессе эксплуатации происходит разрушение кирпичной кладки и газы, проходя через разрушенную обмуровку, изнашивают трубы поворотного экрана абразивными частицами золы, при этом функции поворотного экрана - увеличение времени пребывания мелких частиц угля в зоне горения, изменение направления потока газов для очистки их от мелких частиц угля - не выполняются. Кроме того, дымовые газы из задней части котла периодически поступают в помещение котельной, создавая загазованность.

Задачами заявляемого изобретения являются повышение кпд котлоагрегата, уменьшение загрязнения атмосферы, улучшение условий труда, снижение экономических затрат на эксплуатацию котлоагрегата, повышение надежности эксплуатации.

Указанные задачи достигаются тем, что в котлоагрегате, включающем разгонный короб, топку кипящего слоя, подвижное колосниковое полотно с расположенными под ним дутьевыми зонами, поворотный экран, боковые экраны, фестонный экран, конвективный блок, дымосос, воздушный короб, согласно изобретению на боковом экране установлен разгонный короб, внутри которого расположена подвижная плита, а в нижней его части вмонтирован пневмозаброс, в передней части нижней ветви подвижного колосникового полотна установлено переднее уплотнение, выполненное в виде изогнутой пластины, в задней части верхней ветви подвижного колосникового полотна установлено заднее уплотнение, выполненное в виде пластины, под которой расположена подпорная дутьевая зона, поворотный экран установлен вертикально и выполнен из труб, пространство между которыми закрыто металлическими пластинами, прикрепленными к трубам по всей длине, между фестонным экраном и конвективным блоком, в его нижней части, установлена водоохлаждаемая балка, задняя часть котла соединена с прямоточным циклоном, кроме того, котлоагрегат дополнительно содержит систему рециркуляции, которая выполнена в виде трубопровода и расположена между дымососом и воздушным коробом.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид котлоагрегата; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - прямоточный циклон, на фиг.4 - конструкция поворотного экрана; на фиг.5 - вид В на фиг.4; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.4.

Котлоагрегат содержит топку кипящего слоя 1, котел 2 и прямоточный циклон 3.

Топка кипящего слоя 1 содержит узкое подвижное колосниковое полотно 4 с передним 5, задним 6 и боковыми 7 уплотнениями и расположенными внутри подвижного колосникового полотна 4 в секционированном дутьевом коробе дутьевыми зонами 8 и подпорной зоной 9, воздуховод 10 для подачи первичного воздуха и систему рециркуляции 11 для подачи дымовых газов в дутьевые зоны 8.

Котел 2 содержит загрузочный бункер 12 с разгонным коробом 13, в котором установлена подвижная плита 14 и пневмозаброс 15, боковые 16, фронтовой 17 и поворотный 18 экраны, поворотную камеру 19 с эжектором возврата уноса 20, конвективный блок 21 с фестонным 22 и задним 23 экранами и водоохлаждаемую балку 24.

Прямоточный циклон 3 содержит завихритель дымовых газов 25, выходной газоход 26 и эжектор возврата уноса 27. Рядом с прямоточным циклоном расположен вентилятор возврата уноса 28.

Котлоагрегат работает следующим образом.

Уголь из загрузочного бункера 12 по подвижной плите 14 разгонного короба 13 и с помощью пневмозаброса 15 подается в топку кипящего слоя 1 на дутьевые зоны 8.

В топке кипящего слоя 1, внутри узкого подвижного колосникового полотна 4, расположены дутьевые зоны 8, которые являются активными, так как используются для сжигания топлива и предназначены для подачи первичного воздуха с примесью дымовых газов на организацию кипящего режима и сжигание топлива во взвешенном состоянии. Дутьевая зона 9 является пассивной, так как не участвует в процессе сжигания топлива, расположена в задней части топки 1, рядом с дутьевыми зонами 8 и предназначена для предотвращения поступления дымовых газов из задней части котла 2 в помещение котельной. В дутьевую зону 9 от вентилятора возврата уноса 28 поступает воздух без примеси дымовых газов (чистый). Над верхней частью узкого подвижного колосникового полотна 4, над дутьевой зоной 9, установлена металлическая пластина (ее толщина не менее 10 мм), выполняющая функцию заднего уплотнения 6 топки. Большая часть (70%) пластины 6 находится вне топочного пространства, поэтому чистый воздух, поступающий из дутьевой зоны 9, частично поступает в зону горения, а основная его часть выходит в помещение котельной, предотвращая ее загазованность.

Переднее уплотнение 5, выполненное в виде изогнутой пластины, перекрывает присос наружного воздуха в зону горения и направляет шлак в канал шлакоудаления. Присос наружного воздуха вреден для работы котлоагрегата, т.к. не участвует в процессе горения и является балластом, увеличивая объем газов, и за счет увеличения скорости газов усиливает абразивный износ труб.

Подвижная плита 14 предназначена для регулирования точности заброса топлива в зону горения с целью наиболее полного его сгорания. Чем более влажный уголь, тем ближе его заброс. Подвижная плита 14 позволяет направить уголь любой влажности в зону оптимального горения.

Для заброса мелкой фракции угля в оптимальную зону горения и очистки пространства под подвижной плитой 14 от просыпей мелкой фракции угля предназначен пневмозаброс 15. Воздушные струи из сопл пневмозаброса 15 подают мелкую фракцию угля в оптимальную зону горения. Поступление первичного воздуха из дутьевых зон 8 сквозь узкое подвижное полотно 4 обеспечивает кипение и сгорание угля во взвешенном состоянии, а шлак далее перемещается узким подвижным колосниковым полотном 4 в канал шлакоудаления (не показан).

Вторичный воздух через сопла 29 поступает в зону максимальной температуры горения факела, охлаждает его, тем самым подавляя реакцию образования оксидов азота. Кроме того, потоки вторичного воздуха, поступающие из сопл 29, закручивают топочные газы с мелкими частицами «кипящего угля», предотвращая вынос их из зоны горения и увеличивая время пребывания этих частиц в факеле. Процесс циркулирующего закручивания факела обеспечивает более полное выгорание горючих веществ в топливе и повышает кпд котла до 85-87%, в 2-3 раза снижает выбросы по оксидам азота.

Далее потоки дымовых газов огибают верхнюю часть поворотного экрана 18, проходят вдоль фестонного экрана 22 и в поворотной камере 19 поворачивают на 180°, при этом несгоревшие частицы угля осаждаются в бункере поворотной камеры 19 и эжектором возврата уноса 20 направляются в котел на сжигание, тем самым повышается кпд котлоагрегата и снижаются выбросы в атмосферу.

Поворотный экран 18 выполнен из труб, межтрубное пространство которых закрыто металлическими пластинами. Срок службы металлических пластин (см. фиг.3) равен сроку службы эксплуатации поворотного экрана. Это позволяет снизить экономические затраты на эксплуатацию котлоагрегата.

Далее дымовые газы проходят конвективный блок 21, задний экран 23 и поступают в завихритель дымовых газов 25 прямоточного циклона 3. Прямоточный циклон 3 предназначен для дополнительной очистки дымовых газов от несгоревших частиц угля, которые затем возвращаются эжектором возврата уноса 27 в котел на дожигание, за счет чего повышается кпд котла, снижается золовая нагрузка на батарейный золоуловитель и снижаются вредные выбросы в атмосферу. Корпус прямоточного циклона 3 выполнен в виде вертикального металлического цилиндра, внутри которого установлен завихритель дымовых газов 25, предназначенный для организации вращательного движения газов в циклоне. В нижней части прямоточного циклона 3 дымовые газы разворачиваются на 180°, при этом они освобождаются от мелких частиц угля и золы и направляются в золоуловитель для окончательной очистки. Частицы угля, осажденные в бункере прямоточного циклона 3, с помощью эжектора возврата уноса 27 возвращаются на узкое подвижное колосниковое полотно 4 на дожигание.

Система рециркуляции 11 обеспечивает сжигание угля с повышенным содержанием летучих веществ и угля с содержанием золы, имеющей низкую температуру плавления (до 1000-1050°). Дымовые газы, поступающие по трубе дымососа в дутьевые зоны 8 (до 30% от объема), обеспечивают снижение содержания кислорода в дутьевом воздухе, тем самым снижается скорость реакции горения, понижается температура в активной зоне горения угля и предотвращается расплавление низкотемпературной породы, содержащейся в угле. Без системы рециркуляции газов порода, имеющая низкую температуру плавления, при сжигании угля превращается в жидкий шлак, который заливает узкое подвижное колосниковое полотно 4, перекрывает первичное дутье из дутьевых зон 8, и процесс горения угля прекращается.

Водоохлаждаемая балка 24 является опорной конструкцией для огнеупорной обмуровки конвективного блока 21 котла 2 и обеспечивает межремонтный период эксплуатации обмуровки до 7 лет, что позволяет повысить надежность эксплуатации котлоагрегата.

Заявляемое изобретение позволяет повысить кпд котлоагрегата при сжигании низкосортных углей, в том числе содержащих золу с низкой температурой плавления, снизить вредные выбросы в атмосферу, предотвратить загазованность производственного помещения котельной, а следовательно, улучшить условия труда, повысить надежность эксплуатации котлоагрегата и снизить экономические затраты на его эксплуатацию.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Котлоагрегат содержит топку кипящего слоя, подвижное колосниковое полотно с расположенными под ним дутьевыми зонами, поворотный экран, боковые экраны, фестонный экран, конвективный блок. На боковом экране установлен разгонный короб, внутри которого расположена подвижная плита, а в нижней его части вмонтирован пневмозаброс. В передней части нижней ветви подвижного колосникового полотна установлено переднее уплотнение. В задней части верхней ветви подвижного колосникового полотна установлено заднее уплотнение. Поворотный экран выполнен из труб с металлическими пластинами, прикрепленными к трубам по всей длине. Между фестонным экраном и конвективным блоком, в его нижней части, установлена водоохлаждаемая балка, задняя часть котла соединена с прямоточным циклоном. Котлоагрегат содержит систему рециркуляции, которая выполнена в виде трубопровода и расположена между дымососом и воздушным коробом. Изобретение обеспечивает повышение кпд котлоагрегата, уменьшение загрязнения атмосферы, улучшение условий труда, снижение экономических затрат на эксплуатацию котлоагрегата, повышение надежности эксплуатации. 6 ил.

Котлоагрегат, включающий разгонный короб, топку кипящего слоя, подвижное колосниковое полотно с расположенными под ним дутьевыми зонами, поворотный экран, боковые экраны, фестонный экран, конвективный блок, дымосос, воздушный короб, отличающийся тем, что на боковом экране установлен разгонный короб, внутри которого расположена подвижная плита, а в нижней его части вмонтирован пневмозаброс, в передней части нижней ветви подвижного колосникового полотна установлено переднее уплотнение, выполненное в виде изогнутой пластины, в задней части верхней ветви подвижного колосникового полотна установлено заднее уплотнение, выполненное в виде пластины, под которой расположена подпорная дутьевая зона, поворотный экран установлен вертикально и выполнен из труб, пространство между которыми закрыто металлическими пластинами, прикрепленными к трубам по всей длине, между фестонным экраном и конвективным блоком, в его нижней части, установлена водоохлаждаемая балка, задняя часть котла соединена с прямоточным циклоном, кроме того, котлоагрегат дополнительно содержит систему рециркуляции, которая выполнена в виде трубопровода и расположена между дымососом и воздушным коробом.