КОТЕЛ Российский патент 2008 года по МПК F22B31/00 F22G7/14 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, сжигающих органическое топливо.

Известен котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревателем первичного потока пара и опускной газоход с пароперегревателем промежуточного потока пара (см., например, книгу Л.Н.Сидельковский, В.Н.Юренев. Парогенераторы промышленных предприятий. М.: Энергия. 1978, с.196, рис.13-9). В испарительных поверхностях нагрева котла вырабатывают насыщенный пар, в пароперегревателе первичного потока его перегревают до температуры, необходимой для нормальной работы турбогенератора, на вход которого его подают; отработанный в цилиндре высокого давления пар возвращают на котел, где в пароперегревателе промежуточного потока его вновь нагревают и подают на цилиндры среднего и низкого давления турбогенератора. Недостатком котла является несовершенство тепловой схемы: чрезмерно высокий поток тепла из топки, вызывающий нерасчетные перегревы и разрывы труб пароперегревателя первичного потока пара, а также недогрев рабочей среды в пароперегревателе промежуточного потока пара, что вызывает каплеобразование в цилиндре низкого давления турбогенератора, эрозионный износ лопаток и необходимость частой их замены. При этом используемые регуляторы температуры перегретого пара впрыскивающего типа (см. Л.Н.Сидельковский, В.Н.Юренев. Парогенераторы промышленных предприятий. М.: Энергия. 1978, с.250, рис.19-17) полностью открыты на первичном потоке пара и закрыты на вторичном потоке.

Известен котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревателем первичного потока пара и опускной газоход с пароперегревателем промежуточного потока пара, а также газозаборную шахту и дымосос рециркуляции (см., например, статью Осинцев В.В. и др. Моделирование аэродинамики газозаборных шахт котла П-75. В журнале "Теплоэнергетика". 1988, №1, с.39-42). При работе котла часть дымовых газов возвращают в топку, что приводит к снижению температуры факела перед поворотным газоходом с пароперегревателем первичного потока и повышению температуры газов перед пароперегревателем промежуточного потока пара. Недостаток устройства связан с высокими дополнительными затратами электроэнергии на привод дымососа, его частые ремонты из-за абразивного износа лопаток при сжигании пылеугольного топлива.

Известен котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревателем первичного потока пара и опускной газоход с пароперегревателем промежуточного потока пара, установленный между топкой и опускным газоходом дополнительный газоход рециркуляции дымовых газов с паровым эжектором (см. а.с. СССР №872911, МПК F23L 7/00; F22G 5/06 от 31.07.79 г.; опубл. в Б.И. №38 от 1981 г.). Включением в работу газохода рециркуляции с паровым эжектором достигается снижение не только среднего уровня температуры перед поворотным газоходом, но и опасных максимальных выбегов, чем обеспечивается нормальная работа пароперегревателя первичного потока пара. Кроме того, повышается температура пара вторичного перегрева. Недостаток устройства - большие тепловые потери с расходом пара, который используют для эжекции газов из опускного газохода и ввода их в топку.

Известен котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревателем первичного потока пара и опускной газоход с пароперегревателем промежуточного потока пара, а также байпасный газоход с дополнительным дымососом, установленный параллельно опускному газоходу с пароперегревателем промежуточного потока пара (см. книгу Л.Н.Сидельковский, В.Н.Юренев. Котельные установки промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат. 1988, с.401, рис.20.16). При работе котла количеством перепускаемого газа через байпасный газоход регулируют температуру пара промежуточного потока, отправляемого после перегрева на турбину. Недостаток котла - большие энергозатраты на работу дополнительного дымососа, устанавливаемого в байпасном газоходе. Кроме того, не снижается температура газов на входе в поворотный газоход и, соответственно, пара в первичном потоке.

Известен также котел, содержащий топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, поворотный газоход с пароперегревателем первичного потока пара, опускной газоход с пароперегревателем промежуточного потока пара, а также стабилизатор скоростного поля; перед пароперегревателем промежуточного потока пара в поворотном газопроводе (см. а.с. СССР №1372151 МПК F22B 31/00 от 14.08.86 г.; опубл. в Б.И. №5 от 1988 г.). Стабилизатор скоростного поля обеспечивает выравнивание поля скорости перед пароперегревателем промежуточного потока пара, что интенсифицирует теплообмен и дает прирост температуры в промежуточном потоке пара, направляемого на турбогенератор. Недостаток устройства - высокая температура перегретого пара в первичном потоке.

Наиболее близким аналогом заявляемого предложения является техническое решение по патенту GB 717833, F22B 29/02, 03.11.1954, в котором описан котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревательной поверхностью нагрева первичного потока пара, при этом в нижней части поворотного газохода установлен экранирующий поверхность нагрева пароперегревателя первичного потока пара распределитель тепловых потоков. Недостатками этого устройства являются низкая надежность и экономичность котла при изменении требований к количеству и параметрам пара и вида и качества топлива.

Задача изобретения - повысить надежность и экономичность котла, добиться нужной температуры перегретого пара при изменении технологических параметров пара и вида и качества топлива.

Для достижения поставленной задачи в котле, содержащем последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревательной поверхностью нагрева первичного потока пара, опускной газоход, в нижней части поворотного газохода установлен экранирующий поверхность нагрева пароперегревателя первичного потока пара распределитель тепловых потоков, согласно изобретению, в опускном газоходе размещена пароперегревательная поверхность нагрева промежуточного потока пара, а распределитель тепловых потоков состоит из сборных блоков, количество которых подбирается по мере изменения требований к количеству и параметрам пара и вида и качества топлива.

Перераспределением тепловых потоков, снимаемых на пароперегревательной поверхности первичного и промежуточного потока пара, достигается ограничение температуры первичного потока пара и, как следствие, повышение надежности работы поверхности нагрева при изменении требований к технологическим параметрам пара, а также вида и качества топлива. Одновременно достигается нужная температура промежуточного потока пара, исключается каплеобразование и эрозийный износ лопаток хвостовой части турбогенератора.

Установкой распределителя тепловых потоков достигается экранирование части поверхности нагрева первичного потока от излучения со стороны топочного факела, ее же блокирование от участия в конвективном теплообмене, снижение температурного уровня перегретого пара в пароперегревателе первичного потока пара, увеличение энтальпии газов на входе в пароперегреватель вторичного потока пара, наконец, повышение температуры этого потока. Снижением температуры первичного потока пара достигается повышение надежности пароперегревательной поверхности нагрева в горизонтальном газоходе, а повышением температуры промежуточного потока пара исключается каплеобразование и эрозийный износ лопаток хвостовой части турбогенератора. Установкой распределителя тепловых потоков именно в нижней части горизонтального поворотного газохода реализуется наиболее эффективное экранирование пароперегревателя первичного потока пара от высокотемпературного излучения из топки.

Сущность изобретения представлена на чертежах, где на фиг.1 дана тепловая схема котла и турбогенератора с пояснениями их работы; на фиг.2 - схема поворотного газохода котла с примыкающими топкой и опускным газоходом, ширмовым пароперегревателем и распределителем тепловых потоков объемного блочного типа; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 - схема поворотного газохода, оснащенного распределителем тепловых потоков отражательного блочного типа, пароперегревателем с поперечной компоновкой труб, а также примыкающих топки и опускного газохода; на фиг.5 - вид Б на фиг.4.

На фиг.1 котел 1 содержит топку 2 с горелками 3 и испарительными трубными поверхностями нагрева 4, экранирующими стены топки 2, поворотный горизонтальный газоход 5 с окнами входа 6 и выхода 7; окно 6 подключено к топке 2, а окно 7 к опускному газоходу 8; газоход 8 далее подключен к системе очистки дымовых газов 9 и дымовой трубе 10; в поворотном газоходе 5 размещен пароперегреватель 11 первичного потока пара, а в опускном газоходе 8 - пароперегреватель 12 промежуточного потока пара; рабочий пароводяной контур имеет узел 13 конденсационной установки с насосом 14 для подачи на подогрев и испарение в трубные поверхности нагрева 4, подключенные к пароперегревателю первичного потока 11; пароперегреватель 11 подключен к цилиндру высокого давления 15 турбогенератора 16; выхлоп цилиндра 15 подключен к пароперегревателю 12 промежуточного потока пара, а пароперегреватель 12 - к цилиндрам среднего 17, низкого 18 давления; из цилиндра 18 замыкается на узел 13 конденсационной установки. В поду 19 поворотного газохода 5 установлен распределитель тепловых потоков 20, состоящий из отражательных блочных секций 21, скрепленных между собой и подом 19.

Работа котла на фиг.1 осуществляется путем подачи в топку 2 через горелки 3 топлива и воздуха, а в испарительные поверхности 4 - подогретого конденсата, направляемого насосом 14 из узла 13. В результате экзотермической высокотемпературной реакции топливного окисления в топке 2 формируется факел 22, отдающий свое тепло излучением испарительным трубным поверхностям 4. Образующиеся в факеле 22 продукты сгорания потоком 23 отводятся из топки 2 через окно 6 в поворотный газоход 5 с пароперегревателем 11 и далее через окно 7 - в опускной газоход 8 с пароперегревателем 12; охлажденные в пароперегревателях 11, 12 и других теплообменных устройствах (на фиг.1 не показаны) продукты сгорания тем же потоком 23 выводятся через очистительную установку 9 и дымовую трубу 10 в атмосферу. Вода внутри труб поверхностей 4 испаряется и направляется на перегрев в пароперегреватель 11 первичного потока пара; после перегрева образующийся пар первичным потоком подается в цилиндр высокого давления 15 турбогенератора 16, а оттуда - на промежуточный перегрев в пароперегреватель 12; после нагрева промежуточный поток пара возвращается на турбогенератор 16 в цилиндры среднего и низкого давления 17, 18. Отработанный пар отводится к узлу 13 и конденсируется; от узла 13 пароводяной цикл возобновляется. Для организации безаварийной работы пароперегревателя 11 и цилиндра низкого давления 18 в поду 19 газохода 5 вмонтированы в виде сборных блоков отражательные секции 21 распределителя тепловых потоков 20. Количественным набором определенного числа секций 21 добиваются уравновешенного распределения потоков тепла, подаваемых в пароперегреватели 11, 12, в которых поддерживается необходимый уровень температуры пара, обеспечивающий надежную работу труб пароперегревателя 11 (без аварийных пережогов и разрывов) и цилиндра низкого давления 18 турбогенератора 16 (без каплеобразования и эрозийного износа рабочих лопаток). В результате увеличиваются сроки межремонтного периода котлотурбинного блока, повышается надежность отпуска электроэнергии и тепла. Количество секций 21 распределителя 20 выбирается по результатам первичной пуско-наладки энергоблока, корректируется по мере изменения требований к количеству и параметрам пара, вида и качества топлива.

Представленный на фиг.2, 3 поворотный газоход котла имеет те же обозначения, что и котел с газоходами на фиг.1. Особенностью поворотного газохода 5 является наличие объемного блочного распределителя тепловых потоков 20, внутри которого выполнены пазы 24 для установки и свободного теплового перемещения труб ширмового пароперегревателя 11.

Работа котла 1 на фиг.2, 3 осуществляется таким же образом, как и котла на фиг.1. Устанавливаемые в пазы 24 ширмы 11 для перегрева первичного потока пара частично защищены со стороны топки от прямого излучения факела и частично выведены из процесса конвективного теплообмена распределителем 20. Подбором необходимого количества блоков 21 в период первичной наладки котла 1 добиваются рационального распределения тепловых потоков в пароперегревателях 11,12 с повышением надежности котлотурбинного блока.

Поворотный газоход с примыкающими топкой и опускным газоходом на фиг.4, 5 имеют те же обозначения позиций, что и аналогичные узлы на фиг.1, 2, 3. Особенностью газохода 5 на фиг.4, 5 является выполнение пароперегревателя 11 в виде теплообменника с поперечной компоновкой труб, наличие во входном окне 6 разводки 25 из труб испарительной системы 4, а также установка распределителя 20 между трубами 25 и пароперегревателем 11.

Работа котла 1 на фиг.4, 5 аналогична работе котлов на фиг.1 и фиг.2, 3. Необходимое количество отражательных блоков 21 распределителя 20 выявляется в пуско-наладочный период котла 1, по мере изменения требований к параметрам пара и при изменении вида сжигаемого топлива.

Практическое использование котла 1 связано с промышленными предприятиями, сжигающими органическое топливо: электростанциями, промышленными котельными. Например - котел ПК-33 Южно-Уральской ГРЭС, работающий в блоке с турбогенератором. При установке распределителя 20 объемного блочного типа в поворотном газоходе 5 этого котла с реализацией схемы на фиг.2, 3 достигается оптимальное распределение тепловых потоков между пароперегревателями первичного 11 и промежуточного 12 потоков, снижается чрезмерно высокий уровень температуры в ширмах 11 первичного потока пара и повышается температура промежуточного потока пара перед цилиндрами среднего 17 и низкого 18 давления турбогенератора. Мероприятие сопровождается резким снижением аварийных ситуаций по причине разрыва труб ширмового пароперегревателя 11, размещенного в поворотном газоходе 5, и эрозийного износа лопаток цилиндра низкого давления 18 турбогенератора 16. В связи с этим повышается надежность отпуска котлотурбинным блоком электроэнергии и тепла. Установка распределителя в нижней части 19 поворотного газохода 5 наиболее эффективна: необходимая степень экранирования обеспечивается набором определенного количества теплоотражательных блоков 21 и находится в прямой зависимости от общей высоты распределителя 20. Попытки установить отдельные секции 21 распределителя 20 в верхней или центральной части газохода 4 путем крепления к ширмам 11 практического результата не дают: в отдельных случаях можно получить обратный отрицательный эффект регулирования температуры потоков пара первичным 11 и промежуточным 12 перегревателями. Кроме того, крепление блоков 21 в верхней частях поворотного газохода 5 очень ненадежны, склонны к термическим и механическим разрушениям, в связи с чем даже подобранный на каких-либо режимах положительный эффект теплораспределения не решает всего комплекса задачи по повышению надежности котлотурбинного блока.

Изобретение предназначено для получения пара и может быть использовано в энергетике. Котел содержит последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревательной поверхностью нагрева первичного потока пара и опускной газоход. В опускном газоходе размещена пароперегревательная поверхность нагрева промежуточного потока пара. В нижней части поворотного газохода установлен экранирующий поверхность нагрева пароперегревателя первичного потока пара распределитель тепловых потоков. Распределитель тепловых потоков состоит из сборных блоков, количество которых подбирается по мере изменения требований к количеству и параметрам пара и вида и качества топлива. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и надежности котла. 5 ил.

Котел, содержащий последовательно подключенные топку с горелками и испарительными поверхностями нагрева, горизонтальный поворотный газоход с пароперегревательной поверхностью нагрева первичного потока пара, опускной газоход, в нижней части поворотного газохода установлен экранирующий поверхность нагрева пароперегревателя первичного потока пара, распределитель тепловых потоков, отличающийся тем, что в опускном газоходе размещена пароперегревательная поверхность нагрева промежуточного потока пара, а распределитель тепловых потоков состоит из сборных блоков, количество которых подбирается по мере изменения требований к количеству и параметрам пара и вида и качества топлива.