КОТЕЛ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ, ИМЕЮЩИЙ ДВА НАРУЖНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКА ДЛЯ ПОТОКА ГОРЯЧЕЙ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ Российский патент 2015 года по МПК F23C10/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения. Таким образом, настоящее изобретение относится к котлу с циркулирующим псевдоожиженным слоем в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем настоящего изобретения предпочтительно представляет собой прямоточный котел, например, для выработки энергии или промышленного получения пара. По мере увеличения размера котла отношение площади поверхности стенки к объему топки обычно становится неблагоприятным и может стать источником проблем, например, при расположении различных устройств и каналов, связанных с топкой, а также подаче и смешивании различных материалов. Настоящее изобретение в особенности относится к решению проблем, связанных с большими котлами с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB).

Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем содержит топку для сжигания топлива, выпускной канал, соединенный с верхней секцией топки для выведения из топки топочного газа, сепаратор твердой фазы для приема топочного газа из топки по выпускному каналу и для отделения от топочного газа твердых частиц. Котел CFB дополнительно содержит в нижней части указанного сепаратора твердой фазы возвратный канал для подачи горячей твердой фазы, отделенной посредством сепаратора твердой фазы, в нижнюю секцию топки, и в верхней части указанного сепаратора твердой фазы газоход для удаления очищенного топочного газа в опускной газоход котла, в устройства очистки газа и далее, через дымовую трубу, в окружающую среду. Выпускной канал, сепаратор твердой фазы и возвратный канал образуют так называемую наружную горячую циркуляцию, где горячая твердая фаза, захваченная топочным газом, сначала выводится из топки, затем проходит обработку в сепараторе и, наконец, возвращается в топку. Чаще всего, где-то в наружной циркуляции, в сообщении по текучей среде с возвратным каналом твердой фазы располагается теплообменник с псевдоожиженным слоем. Этот теплообменник может опираться на нижнюю часть сепаратора твердой фазы так, что по возвратному каналу твердая фаза поступает из теплообменника в нижнюю секцию топки. Либо теплообменник может опираться на боковую стенку топки так, что по возвратному каналу твердая фаза поступает из сепаратора твердой фазы в камеру теплообмена. Что касается теплообменников с псевдоожиженным слоем, они также могут выполняться во внутренней циркуляции, то есть для приема твердой фазы материала слоя, стекающего вдоль стенок топки. Естественно, также существуют теплообменники с псевдоожиженным слоем, которые могут принимать твердую фазу из либо внутренней, либо наружной циркуляции или одновременно из обеих. Нижняя секция топки снабжена средством подачи топлива, инертного материала слоя и, возможно, связующего серы в топке, и, наконец, низ топки снабжен средством подачи в топку оксидсодержащего ожижающего газа, другими словами, впускной канал газа, воздушный короб и сопла.

В документе WO-A2-2007128883 описана конструкция теплообменника с псевдоожиженным слоем для котла CFB. Котел CFB указанного документа WO или фактически теплообменник с псевдоожиженным слоем содержит две камеры теплообмена, размещенные последовательно и соединенные с возвратным каналом так, что первая камера теплообмена с псевдоожиженным слоем, находящаяся под сепаратором твердой фазы, принимает горячую твердую фазу непосредственно, в действительности через газовый затвор, из сепаратора твердой фазы, после чего при нормальных условиях выводит охлажденную твердую фазу во вторую камеру теплообмена с псевдоожиженным слоем, выполненную в соединении со стенкой нижней секции топки. Наконец, охлажденная твердая фаза возвращается в топку из второй камеры теплообмена. В соответствии с положениями указанного документа WO верхняя камера теплообмена также снабжена средством возврата охлажденной твердой фазы из верхней камеры теплообмена непосредственно в топку. Обе камеры теплообмена имеют внутренние поверхности теплообмена, выполненные внутри камер теплообмена для охлаждения твердой фазы до того, как она будет возвращена в нижнюю секцию топки. Другими словами, описанные выше две камеры теплообмена соединены последовательно в наружной циркуляции твердой фазы котла CFB. Отличительной особенностью второй, то есть нижней камеры теплообмена указанного WO документа является то, что эта камера теплообмена может принимать горячую твердую фазу не только из первой камеры теплообмена, но также и из внутренней циркуляции, то есть вторая камера теплообмена снабжена впуском, расположенным в стенке нижней секции топки так, что горячая твердая фаза, стекающая вдоль стенок котла, может поступать во вторую камеру теплообмена с псевдоожиженным слоем. Кроме того, теплообменник указанного документа WO снабжен средством обеспечения избытка твердой фазы из первой камеры теплообмена непосредственно во вторую камеру теплообмена в случае, когда поток твердой фазы в первой камере теплообмена больше чем поток, выводимый из первой камеры теплообмена. В связи с данным описанием теплообменников следует понимать, что большой котел CFB обычно снабжен несколькими параллельными сепараторами твердой фазы и теплообменниками, соединенными с их возвратными каналами, либо по одну сторону котла либо по обе стороны от него, но для ясности, и выше, и в нижеследующем описании настоящего изобретения описана главным образом только одна установка теплообменника с одним сепаратором твердой фазы.

Исходной точкой разработки теплообменника с псевдоожиженным слоем, описанного в WO-A2-2007 128883, была необходимость создания установки теплообменника, которую можно было бы использовать почти во всех возможных вариантах применения благодаря возможности гибкого управления ею. Проблема, решаемая конструкцией указанного WO документа, была связанна с традиционным размещением камер теплообмена с псевдоожиженным слоем на наружных стенках нижней секции топки. По мере увеличения котлов CFB становилось невозможно соответствующим образом увеличивать размер камер теплообмена с псевдоожиженным слоем, так как увеличение высоты камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем приводило к увеличению потерь давления ожижающего воздуха, а увеличение ширины теплообменника было невозможно из-за дефицита места. Таким образом, в указанном WO документе увеличение размера котлов CFB было принято во внимание путем размещения теплообменников один на другом, тем самым требования, связанные и с наличием места, и с приемлемыми потерями давления, были учтены. Наконец, приспособляемость или возможность управления установкой теплообменника гарантировали путем снабжения этой установки оборудованием, дающим возможность эксплуатировать установку несколькими различными путями.

Однако когда все описанные выше и другие соображения были приняты во внимание в конструкции установки теплообменника, конструкция этой установки стала менее благоприятной для некоторых конкретных вариантов применения. К таким вариантам применения относятся случаи, когда не требуется расширенных возможностей управления, или случаи, когда по некоторым причинам соединение камер теплообмена последовательно нежелательно. Другими словами, установке известного уровня техники свойственны некоторые недостатки или проблемы.

Во-первых, поскольку верхняя камера теплообмена расположена так, чтобы выводить охлажденную твердую фазу в нижнюю камеру, канал между камерами теплообмена проходит от верхней камеры теплообмена до топки, принуждая располагать первую/верхнюю камеру теплообмена по существу далеко от стенки топки. Это также означает, что сепаратор твердой фазы также должен быть размещен далеко от топки, так как верхняя камера теплообмена обычно располагается непосредственно под сепаратором и поддерживается от сепаратора.

Во-вторых, поскольку предполагается, что вторая камера теплообмена может принять всю охлажденную твердую фазу из верхней камеры теплообмена и, возможно, также некоторое дополнительное количество твердой фазы из внутренней циркуляции, ясно, что объем нижней камеры теплообмена должен, по меньшей мере, соответствовать объему верхней камеры теплообмена. Как уже указано в связи с описанием WO-А2-2007128883, ни высота, ни ширина (в направлении, параллельном стенке топки) нижней камеры теплообмена не может быть выбрана свободно, необходимо принимать во внимание и потери давления при псевдоожижении, и пространство, занимаемое камерой теплообмена. По указанным выше соображениям размеры нижней камеры теплообмена по существу равны размерам верхней камеры. Поэтому имеется очень мало места применительно к нижней секции топки для оборудования, необходимого для эксплуатации котла, например, пусковой горелки, средства измерения температуры нижней топки, средства измерения давления слоя и средства введения топлива, материала слоя, вторичного воздуха, добавок, рециркулируемого топочного газа (если применяется) и т.д.

В-третьих, в силу наличия различных альтернативных вариантов эксплуатации, то есть вариантов управления, котла известного уровня техники, имеются трубопроводы и каналы для каждой альтернативы. Например, в верхней камере теплообмена имеется одно впускное отверстие из сепаратора и несколько выпускных каналов и подъемных каналов. Один подъемный канал и выпускной канал, ведущий к нижней камере теплообмена, еще один подъемный канал и выпускной канал, ведущий к топке, и переливные каналы, ведущие и к нижней камере теплообмена, и к топке. Помимо этих каналов также довольно сложные средства псевдоожижения и средства управления для регулирования псевдоожижения требуются в нижней части верхней камеры теплообмена. Если в различных каналах и трубопроводах требуются мембраны для разделения компонентов при разных температурах, мембраны, точно так же, занимают место, а также увеличивают стоимость установки теплообменника вместе с уже указанными выше многочисленными каналами, трубопроводами, оборудованием для псевдоожижения и системами управления. Кроме того, все каналы и трубопроводы должны быть либо изготовлены из пароводяных трубных панелей и соединены с остальной пароводяной системой, либо изготовлены из тугоплавкого материала. Независимо от производителя, увеличение стоимости при изготовлении каналов из пароводяных трубных панелей или из огнеупорных материалов является сложной и трудоемкой задачей.

По указанным выше причинам оказалось, что необходимо усовершенствовать конструкцию котла CFB и соответствующей установки теплообменника.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, в котором сведены к минимуму указанные выше проблемы и недостатки, свойственные известному уровню техники.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение более простой по сравнению с известным уровнем техники установки теплообменника.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение установки теплообменника, которая дает разработчику котла больше альтернатив в размещении различных компонентов системы котла в нижней секции топки.

Для решения указанных проблем известного уровня техники предлагается котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем с обновленной установкой теплообменника. Данный котел CFB включает топку для сжигания твердого углеродсодержащего топлива с быстрым псевдоожиженным слоем, при этом топка имеет стенки, изготовленные из пароводяных трубных панелей и предназначенные для испарения подаваемой в них воды, сепаратор твердой фазы, расположенный смежно с боковой стенкой топки и предназначенный для отделения твердой фазы, захваченной отходящим газом, выводимым по выпускному каналу из верхней части топки, газовый затвор для перемещения, по меньшей мере, части отделенной твердой фазы в первую камеру теплообмена с псевдоожиженным слоем, расположенную ниже по потоку от газового затвора и имеющую внутренние поверхности теплообмена, первый подъемный канал, имеющий нижний конец, соединенный с нижней частью первой камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, и верхний конец, соединенный с верхним концом первого возвратного канала для вывода твердой фазы из первой камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем и перемещения охлажденной твердой фазы в нижнюю часть топки, вторую камеру теплообмена с псевдоожиженным слоем, расположенную у нижней боковой стенки топки и имеющую внутренние поверхности теплообмена, впускной канал, расположенный между второй камерой теплообмена с псевдоожиженным слоем и указанной топкой для подачи горячей твердой фазы из топки во вторую камеру теплообмена, второй подъемный канал, имеющий нижний конец, соединенный с нижней частью второй камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, и верхний конец, соединенный для вывода твердой фазы в нижнюю часть топки, при этом первая камера теплообмена с псевдоожиженным слоем расположена над второй камерой теплообмена с псевдоожиженным слоем, при этом первая камера теплообмена снабжена двумя первыми подъемными каналами и двумя первыми возвратными каналами, расположенными по ее боковым сторонам так, что вторая камера теплообмена находится между нижними концами двух первых возвратных каналов.

Другие отличительные особенности настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущества данной конструкции и технического решения котла CFB настоящего изобретения следующие:

- нижняя камера теплообмена имеет меньший размер;

- нижняя камера теплообмена имеет легкую конструкцию;

- проще обеспечить поддержку нижней камеры теплообмена со стороны стенки топки;

- освобожденное нижней камерой теплообмена место можно использовать для другого оборудования;

- отсутствует возвратный канал из верхней камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем в нижнюю камеру;

- простая конструкция установки теплообменника;

- сепаратор и верхняя камера теплообмена ближе к топке;

- возможность разместить оборудование, необходимое для работы котла CFB по бокам от нижней камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем;

- различная температура твердой фазы, поступающей в верхнюю и нижнюю камеры теплообмена;

- нет необходимости использовать мембраны применительно к нижней камере теплообмена;

- смешивание топлива и твердой фазы, выгружаемой из верхней камеры теплообмена;

- смешивание топлива и твердой фазы, выводимой из нижней камеры теплообмена в зоне слоя топки;

- отдельно поддерживаемые верхняя и нижняя камеры теплообмена, вес камер поделен между сепаратором твердой фазы и стенкой нижней секции топки;

- возвращение твердой фазы из верхней камеры теплообмена при более высокой температуре в нижнюю часть топки, так как эта твердая фаза проходит только одну камеру теплообмена.

Настоящее изобретение далее описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематичное вертикальное поперечное сечение котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, снабженного установкой теплообменника в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг. 2 представляет собой схематичное вертикальное поперечное сечение установки теплообменника в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой схематичный вид сбоку установки теплообменника, соответствующей предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения и представленной на фиг. 2.

На фиг. 1 представлен котел 10 с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) предшествующего уровня техники, включающий топку 12, предназначенную для сжигания топлива, выпускной канал 14, соединенный с верхней секцией топки 12 для вывода из топки 12 топочного газа, сепаратор 16 твердой фазы для приема топочного газа по выпускному каналу 14 из топки 12 и для отделения твердых частиц от топочного газа. Котел 10 CFB дополнительно содержит находящийся в нижней части указанного сепаратора 16 твердой фазы возвратный канал 18, предназначенный для перемещения горячей твердой фазы, отделенной в сепараторе 16 твердой фазы, из сепаратора по направлению к нижней секции топки 12, и находящийся в верхней части указанного сепаратора 16 твердой фазы газоход 20 топочного газа для удаления очищенного топочного газа в опускной газоход котла, в устройства очистки газа и далее, через дымовую трубу в атмосферу. Выпускной канал 14, сепаратор 16 твердой фазы и возвратный канал 18 образуют так называемую наружную горячую циркуляцию, в ходе которой горячая твердая фаза, захваченная топочным газом, сначала выводится из топки 12, затем проходит обработку в сепараторе 16 и, наконец, возвращается в топку 12. Нижняя секция топки 12 снабжена средством 22 подачи топлива, инертного материала слоя, вторичного воздуха и, возможно, связующего серы в топке, и, наконец, в нижней части топки имеется средство подачи в топку 12 оксидсодержащего ожижающего газа, другими словами, средство подачи содержит газовпускной канал 24, воздушный короб 26 и сопла 28.

Чаще всего где-то в наружной циркуляции располагается теплообменник с псевдоожиженным слоем. Теплообменник с псевдоожиженным слоем может поддерживаться нижней частью сепаратора твердой фазы так, что по возвратному каналу твердая фаза перемещается из теплообменника в нижнюю секцию топки. Либо теплообменник с псевдоожиженным слоем может опираться на боковую стенку топки так, что по возвратному каналу твердая фаза перемещается из сепаратора твердой фазы в камеру теплообмена. В известном уровне техники также отражены камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, расположенные вне стенок топки во внутренней циркуляции, что означает, что камера теплообмена с псевдоожиженным слоем принимает твердую фазу, стекающую вдоль стенок топки, охлаждает эту твердую фазу и затем снова возвращает в топку.

Фиг. 1 поясняет дополнительно усовершенствованную конструкцию, в которой теплообменник с псевдоожиженным слоем между сепаратором твердой фазы (и топкой) содержит две камеры теплообмена; первую, или верхнюю, камеру 36 теплообмена и вторую, или нижнюю, камеру 38 теплообмена, расположенную под первой камерой 36 теплообмена; при этом каждая из камер теплообмена снабжена внутренней поверхностью 32, 34 теплообмена. Нижние части первой и второй камер 36, 38 теплообмена снабжены газовпускным каналом 40, 42, воздушным коробом 44, 46 и соплами 48, 50, для псевдоожижения слоя твердой фазы в камерах теплообмена.

В ходе эксплуатации теплообменник фиг. 1 функционирует так, что горячая твердая фаза, протекающая из сепаратора 16, проходит по возвратному каналу 18 через газовый затвор 52 в верхнюю часть псевдоожиженного слоя частиц в первой камере 36 теплообмена. Нижняя секция камеры теплообмена снабжена подъемным каналом 54, в нижней секции указанного подъемного канала имеются сопла 56, благодаря которым твердая фаза проходит с заданной скоростью через камеру 36 теплообмена на дальнейший вывод через верхнюю часть подъемного канала 54 во впускной канал 58 второй камеры 38 теплообмена. Верхняя секция первой камеры 36 теплообмена, предпочтительно, снабжена переливным каналом 60, по которому избыток твердой фазы выводится либо во вторую камеру 38 теплообмена, либо обратно в топку 12, если количество твердой фазы, подлежащее выводу через подъемный канал 54, меньше, чем количество твердой фазы, поступающей в камеру 36 теплообмена через сепаратор 16. Количество твердой фазы, проходящее через первую камеру 36 теплообмена, предпочтительно, регулируют посредством подъемного канала 54 и переливного канала 60.

В установке, представленной на фиг. 1, нижняя камера 38 теплообмена аналогична верхней камере 36 теплообмена, за исключением того, что в нижней камере теплообмена поток частиц, поступающих в камеру теплообмена, принимается из верхней части подъемного канала 54 верхней, то есть первой, камеры 36 теплообмена и из переливного канала 60 по впускному каналу 58 в верхнюю часть псевдоожиженного слоя частиц в нижней, то есть второй, камере 38 теплообмена. Так же, как и в первой камере 36 теплообмена, во второй камере 38 теплообмена имеется подъемный канал 61 для вывода охлажденной твердой фазы из камеры 38, и переливной канал 62 на тот случай, когда количество твердой фазы, поступающее в камеру 38 теплообмена, больше, чем количество, которое может быть выведено по подъемному каналу 61. Кроме того, твердую фазу, выгружаемую из верхней части подъемного канала 61 нижней камеры 38 теплообмена и из переливного канала 62, направляют в топку 12.

Кроме этого, на фиг. 1 также показано, что в верхней секции нижней камеры 38 теплообмена, предпочтительно, во впускном канале 58, имеется впускное отверстие(отверстия) 64 для прохода твердой фазы в камеру 38 теплообмена непосредственно из внутренней циркуляции твердой фазы в топке 12. Впускные отверстия 64 предпочтительно расположены на наклонных поверхностях 66 нижней секции топки, в этом случае горячая твердая фаза стекает через отверстия 64 в камеру 38 теплообмена также при малой загрузке котла 10, а также в случае, когда скорость псевдоожижения твердой фазы в топке 12 относительно низкая.

Обычно стенки топки 12, а также стенки сепаратора твердой фазы, камер теплообмена с псевдоожиженным слоем, а также некоторых трубопроводов и каналов, изготовлены из водотрубных панелей (иногда именуемых мембранные стенки), выполняющих роль так называемых испарительных поверхностей или водонагревательных поверхностей; в указанных водотрубных панелях питающая вода высокого давления цикла парового котла, нагретая в экономайзере (на фиг. 1 не показан), расположенном в опускном газоходе котла, превращается в пар, либо питающая вода дополнительно нагревается. Температуру пара после испарительных поверхностей дополнительно увеличивают в перегревателях, при этом последняя ступень указанных перегревателей обычно расположена в теплообменнике 30 наружной горячей циркуляции. Перегретый пар направляют в паровую турбину высокого давления, снабженную соединенным с ней генератором, с целью выработки электроэнергии. В высокопроизводительных котлах пар, выходящий с турбины высокого давления при более низком давлении, направляют во вторичный нагреватель на повторный нагрев. Преимущественно последняя ступень вторичных нагревателей может быть также расположена в теплообменнике 30 наружной горячей циркуляции. Получаемый таким образом горячий пар далее направляют в паровую турбину низкого давления с целью повышения количества вырабатываемой электроэнергии и общей эффективности установки.

Однако, как уже пояснено выше, установке теплообменника, представленной на фиг. 1, свойственен ряд недостатков и сопутствующих проблем.

Во-первых, поскольку предполагается, что из верхней камеры теплообмена охлажденная твердая фаза выгружается в нижнюю камеру, канал между камерами теплообмена проходит от верхней камеры теплообмена до топки, принуждая располагать первую камеру теплообмена по существу далеко от топки. Это также означает, что сепаратор твердой фазы также должен быть размещен далеко от топки, так как камера теплообмена обычно располагается непосредственно под сепаратором и поддерживается со стороны сепаратора.

Во-вторых, поскольку предполагается, что вторая камера теплообмена может принять всю охлажденную твердую фазу из верхней камеры теплообмена и возможно также некоторое дополнительное количество твердой фазы из внутренней циркуляции, ясно, что объем нижней камеры теплообмена должен, по меньшей мере, соответствовать объему верхней камеры теплообмена. Как уже указано в WO-А2-2007128883, ни высоту, ни ширину нижней камеры теплообмена нельзя выбрать свободно, необходимо оптимизировать и потери давления при псевдоожижении, и пространство, занимаемое камерой теплообмена. Поэтому размеры нижней камеры теплообмена по существу равны размерам верхней камеры. Следовательно, имеется очень мало места применительно к нижней секции топки для оборудования, необходимого для эксплуатации котла, например, пусковой горелки, средства измерения температуры в нижней секции топки, средства измерения давления слоя и средства подачи топлива, материала слоя, вторичного воздуха, добавок, рециркулируемого топочного газа (если применяется) и т.д.

В-третьих, в силу наличия различных альтернативных вариантов эксплуатации имеются трубопроводы и каналы для каждой альтернативы. Например, в верхней камере теплообмена имеется один впуск из сепаратора и несколько выпускных каналов и подъемных каналов. Один подъемный канал и выпускной канал, ведущий к нижней камере теплообмена, еще один подъемный канал и выпускной канал, ведущий к топке, и переливной канал, ведущий к нижней камере теплообмена. Помимо этих каналов также довольно сложные средства псевдоожижения и средства управления для регулирования псевдоожижения требуются в нижней части верхней камеры теплообмена. Если в различных каналах и трубопроводах требуются мембраны для разделения компонентов при разных температурах, мембраны, точно так же, занимают место, а также увеличивают стоимость установки теплообменника вместе с уже указанными выше многочисленными каналами, трубопроводами, оборудованием для псевдоожижения и системами управления.

Решение, по меньшей мере, для некоторых из указанных выше недостатков и проблем поясняют фиг. 2 и 3, на которых показана обновленная установка теплообменника для котла 10 CFB. Установка 70 теплообменника включает две камеры 72 и 74 теплообмена. Верхняя камера 72 теплообмена соединена по текучей среде с сепаратором 16 твердой фазы через газовый затвор 52. Предпочтительно, верхняя камера теплообмена поддерживается со стороны сепаратора, но поскольку верхняя камера теплообмена находится очень близко к стенке топки, эта камера теплообмена также может поддерживаться стенкой топки и ее усиливающими конструкциями. Камера 72 теплообмена также снабжена внутренними поверхностями 76 теплообмена и соплами 78 в нижней части камеры 72. Ниже сопел 78 находится воздушный короб 80 для вдувания ожижающего воздуха 82 в камеру теплообмена с псевдоожиженным слоем для псевдоожижения твердой фазы, поступающей в камеру из сепаратора 16. В этом предпочтительном варианте осуществления изобретения верхняя камера 72 теплообмена с псевдоожиженным слоем снабжена двумя подъемными каналами 84 по обеим боковым сторонам камеры 72 и, естественно, также двумя возвратными каналами 86 для перемещения охлажденной твердой фазы обратно в топку 12. В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения, возвратный канал 86 снабжен средством 88 для введения топлива в поток твердой фазы.

Нижняя камера 74 теплообмена с псевдоожиженным слоем расположена под верхней камерой 72 теплообмена с псевдоожиженным слоем и предпочтительно находится в соединении со стенкой нижней секции топки. Кроме того, нижняя камера 74 теплообмена расположена между возвратными каналами 86 верхней камеры теплообмена, фактически между нижними концами возвратных каналов 86. Камера 74 теплообмена снабжена впускным каналом 90 для приема горячей твердой фазы непосредственно из топки 12 через отверстие 92, предпочтительно в наклонной стенке 94 топки. Камера 74 дополнительно снабжена внутренними поверхностями 96 теплообмена, соплами 98 в нижней части камеры и воздушным коробом 100 под нижней частью, откуда в камеру 74 теплообмена с псевдоожиженным слоем вдувают ожижающий воздух 102. Кроме того, нижняя камера 74 теплообмена с псевдоожиженным слоем снабжена подъемным каналом 104, по которому твердая фаза из камеры 74 выводится в нижнюю секцию топки 12. Для подъема твердой фазы по подъемному каналу подъемный канал 104 должен иметь свои собственные сопла, воздушный короб и подачу воздуха.

Преимущества настоящего изобретения можно видеть на фиг. 2 и 3. Было показано, что сепаратор 16 и верхняя камера 72 теплообмена с псевдоожиженным слоем расположены намного ближе к топке 12, чем в конструкции известного уровня техники, представленной на фиг. 1. Поводом этого усовершенствования является факт, показанный на фиг. 3: подъемные каналы 84 и возвратные каналы 86 расположены по бокам камеры 72 теплообмена с псевдоожиженным слоем, а не между камерой и стенкой топки, как в известном уровне техники. Еще одним вариантом было бы размещение подъемного канала и возвратного канала так, чтобы они оба имели общую стенку с камерой 72, чтобы, на изображении подобном фиг. 3, каналы не были расположены бок о бок (как на фиг. 3), но один за другим, тем самым, пространство использовалось бы очень эффективно и было бы возможно поместить соседнюю камеру теплообмена (и сепаратор) даже ближе друг к другу.

На фиг. 3 ясно показано, что нижняя камера 74 теплообмена с псевдоожиженным слоем может быть построена более узкой, чем верхняя камера 72 теплообмена, так как нижняя камера теплообмена принимает высокотемпературную твердую фазу только из топки, поэтому размер, то есть ширина камеры 74, может быть уменьшена. Таким образом, в указанной конструкции имеется место для другого оборудования по бокам нижней камеры 74 теплообмена. Здесь такое оборудование показано на примере отверстий 106 в стенке 94 топки 12. Отверстия 106 могут быть снабжены средством введения в топку топлива, материала слоя, вторичного воздуха и т.д. или пусковой горелки.

Что касается поверхностей теплообмена камер теплообмена с псевдоожиженным слоем, использование в паровом цикле внутренних поверхностей 76 и 96 (фиг. 2 и 3) является обычной практикой. Подходящим вариантом является использование поверхностей 76 теплообмена верхней камеры 72 теплообмена в качестве последней ступени перегревателя перед подачей пара в турбины высокого давления. Также подходящим вариантом является использование поверхностей 96 теплообмена нижней камеры 74 теплообмена для вторичного нагрева пара, поступающего из турбин высокого давления, перед его введением в турбины низкого давления. Однако использование мембранных стенок камер теплообмена с псевдоожиженным слоем не является само собой разумеющимся.

Одной из альтернатив применения поверхностей стенок камер теплообмена является их расположение в водной циркуляции, то есть для подогрева воды, которая будет подана в паровой цикл топки. Например, одним из вариантов является подача воды через экономайзер в канале топочного газа в стенки нижней камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем и затем введение подогретой воды в испарительные трубы в стенках топки. Еще одним вариантом является направление питающей воды после нижней камеры теплообмена в стенки верхней камеры теплообмена и только после этого - подача подогретой воды в испарительные панели топки. Еще одним вариантом является направление питающей воды после нижней камеры теплообмена в стенки выпускного канала, который идет от верхней камеры теплообмена к топке, и затем - в стенки верхней камеры теплообмена. Таким образом, путь воды от насоса питающей воды до испарительных трубок стенок топки следующий: насос питающей воды - экономайзер - стенки нижней камеры теплообмена - стенки возвратного канала - стенки верхней камеры теплообмена - пароводяные трубные панели топки. Путь питающей воды также может быть оборудован подвесными трубами с водяным охлаждением между экономайзером и стенками нижней камеры теплообмена. В качестве дополнительного варианта также возможно, чтобы стенки верхней камеры теплообмена охлаждались паром и, не обязательно, составляли одно целое с сепаратором с испарительным охлаждением.

Изобретение описано выше в связи с примерными компоновками, однако изобретение включает также различные сочетания или модификации раскрытых вариантов своего осуществления. Особенно количество сепараторов и теплообменников может отличаться от того, что показано на фиг. 1-3. Таким образом, очевидно, что раскрытые примерные варианты осуществления изобретения не предусматривают ограничения объема изобретения, напротив некоторые другие варианты осуществления также включены в изобретение, указанные варианты осуществления изобретения ограничены только прилагаемой формулой изобретения и ее определениями.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Котел содержит топку, сепаратор твердой фазы, газовый затвор, две камеры теплообмена с псевдоожиженным слоем, при этом первая камера теплообмена с псевдоожиженным слоем расположена над второй камерой теплообмена, причем охлажденная твердая фаза выгружается из первой камеры в нижнюю часть топки, а вторая камера теплообмена расположена между нижними концами возвратных каналов первой камеры теплообмена. Изобретение дает возможность более компактно размещать теплообменники и другие компоненты системы котла в нижней секции топки. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Котел (10) с циркулирующим псевдоожиженным слоем, содержащий:
- топку (12) для сжигания твердого углеродсодержащего топлива в быстром псевдоожиженном слое, при этом топка имеет стенки, изготовленные из пароводяных трубных панелей и применяемые для испарения подаваемой в них воды,
- сепаратор (16) твердой фазы, расположенный смежно с боковой стенкой топки (12) для отделения твердой фазы, захваченной отходящим газом, выводимым по выпускному каналу (14) из верхней части топки (12),
- газовый затвор (52) для перемещения по меньшей мере части отделенной твердой фазы в первую камеру (72) теплообмена с псевдоожиженным слоем, расположенную ниже по потоку от газового затвора (52) и имеющую внутренние поверхности (76) теплообмена,
- первый подъемный канал (84), имеющий нижний конец, соединенный с нижней частью первой камеры (72) теплообмена с псевдоожиженным слоем, и верхний конец, соединенный с верхним концом первого возвратного канала (86) для вывода твердой фазы из первой камеры (72) теплообмена с псевдоожиженным слоем и перемещения охлажденной твердой фазы в нижнюю часть топки (12),
- вторую камеру (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем, расположенную смежно с нижней боковой стенкой топки (12) и имеющую внутренние поверхности (96) теплообмена, впускной канал (90), расположенный между второй камерой (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем и указанной топкой (12) для введения
горячей твердой фазы из топки (12) во вторую камеру (74) теплообмена, второй подъемный канал (104), имеющий нижний конец, соединенный с нижней частью второй камеры (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем, и верхний конец, соединенный для вывода твердой фазы в нижнюю часть топки (12),
- при этом первая камера теплообмена (72) с псевдоожиженным слоем расположена над второй камерой (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем,
отличающийся тем, что
первая камера (72) теплообмена имеет два первых подъемных канала (84) и два первых возвратных канала (86), расположенных по ее боковым сторонам так, что вторая камера (74) теплообмена находится между нижними концами двух первых возвратных каналов (86).

2. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся расположением одного или более из: устройства подачи топлива, устройства подачи материала слоя, устройства подачи вторичного газа и пусковой горелки между указанным первым возвратным каналом (86) и указанной второй камерой (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем.

3. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый возвратный канал (86) снабжен средством (88) для приема топлива, подлежащего введению в нижнюю часть топки (12).

4. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая камеры (72, 74) теплообмена с псевдоожиженным слоем имеют стенки, выполненные из
водотрубных панелей.

5. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.4, отличающийся тем, что первый возвратный канал (86)имеет стенки выполненные из водотрубных панелей.

6. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.4, отличающийся тем, что стенки одного или более из: первой камеры (72) теплообмена с псевдоожиженным слоем, второй камеры (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем и первого возвратного канала (86) применяются для нагревания воды, подлежащей введению в пароводяные трубные панели топки (12).

7. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что путь питающей воды до пароводяных трубных панелей топки (12) является следующим: насос питающей воды - экономайзер - необязательные подвесные трубы - стенки второй камеры (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем - первый возвратный канал (86) - стенки первой камеры (72) теплообмена с псевдоожиженным слоем - пароводяные трубные панели топки (12).

8. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что путь питающей воды до пароводяных трубных панелей топки (12) является следующим: насос питающей воды - экономайзер - необязательные подвесные трубы - стенки второй камеры (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем - пароводяные трубные панели топки (12).

9. Котел с циркулирующим псевдоожиженным слоем по п.6, отличающийся тем, что путь питающей воды до пароводяных трубных панелей топки (12) является следующим: насос питающей воды - экономайзер - необязательные подвесные трубы - стенки второй
камеры (74) теплообмена с псевдоожиженным слоем - первый возвратный канал (86) - пароводяные трубные панели топки (12).