Котел и способ его работы Российский патент 2017 года по МПК F23C1/12 F23C5/08 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в технологиях сжигания твердого топлива в виде угольной пыли и приготовленной на ее основе и распиливаемой форсунками водоугольной суспензии для нагрева воды и получения пара в котлах тепловых электростанций и промышленных предприятий.

Известен котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива с ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу (М.А. Стырикович, К.Я. Катковская, Е.П. Серов Парогенераторы электростанций. М. - Л.: Энергия, 1966. - с. 117-118, рис. 8.4, 8.5).

Известен способ работы котла с рассмотренным выше устройством, осуществляемый путем подачи в топку с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков угольной пыли и воздуха, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу и в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю (М.А. Стырикович, К.Я. Катковская, Е.П. Серов Парогенераторы электростанций. М. - Л.: Энергия, 1966. - с. 117-118, рис. 8.4, 8.5).

Сжигание топлива в рассмотренном выше котле по описанному способу происходит в многокомпонентном факеле, заполняющем внутритопочное пространство и состоящим из нагреваемых и окисляемых с выделением теплоты угольных частиц, потоков воздушного окислителя и потоков образуемых зологазовых продуктов сгорания. Разадаптированность многокомпонентных связей в факеле, высокая насыщенность золой газообразных продуктов сгорания приводят к серьезным недостаткам: активному, ухудшающему теплообмен, шлаковому загрязнению экранных труб в топке, значительному недожогу крупных топливных частиц, сепарирующих из факела в направлении пода и выводимых через подовое окно в шлаковыводящий канал вместе с кусками образующегося в топке шлака, сильному тепловому облучению факелом горелок и последующему их разрушению, термическому разрушению труб пароперегревателя, омываемых зологазовыми продуктами сгорания при высокой температуре, а также разрушению воздухоподогревателя из-за активного золового износа его труб; кроме того высок уровень концентрации вредных для здоровья людей и окружающей среды оксидов азота, образующихся при горении топлива в топке и выводимых в атмосферу с газообразными продуктами сгорания.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу. Особенностью котла является наличие сбросных воздушных сопл, размещаемых на одной из стен топки над горелками. При перераспределении воздуха между горелками и соплами частично снижается выход оксидов азота (Перспективы, основные результаты исследований и проблемы использования водоугольных суспензий в энергетике / A.M. Хидиятов, В.В. Осинцев, Л.И. Дубовцев и др. // Электрические станции. - 1988. - №9. - С. 2-12).

Известен способ работы котла с рассмотренным выше устройством, осуществляемый путем подачи в топку с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков воздуха и топлива в виде угольной пыли и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислитеным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу и в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю. Дополнительным вводом воздушных потоков через сопла над горелками и снижении расхода воздуха, направляемого в горелки, достигается незначительное снижение концентрации оксидов азота в отводимых из топки и котла газообразных продуктах сгорания (Перспективы, основные результаты исследований и проблемы использования водоугольных суспензий в энергетике / A.M. Хидиятов, В.В. Осинцев, Л.И. Дубовцев и др. // Электрические станции. - 1988. - №9. - С. 2-12).

Котел и способ его работы сохраняют конструктивные и режимные недостатки, обусловленные неудовлетворительной структурой топочного факела и насыщенностью золой газообразных продуктов сгорания: активное шлакование топки, значительный недожог крупных частиц топлива, невысокую надежность горелок, пароперегревателя и воздухоподогревателя.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива с ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу. Особенностью котла является наличие дополнительных, размещаемых на стенах топки, многоканальных сопл для ввода дожигающего и защищающего трубные экраны от шлакования воздуха (авторское свидетельство СССР №1059344, МПК F23С 7/02 от 27.10.82 г.; Б.И. №45 от 07.12.83 г.).

Известен способ работы котла с рассмотренным выше устройством, осуществляемый путем подачи в топку с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков угольной пыли и воздуха, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу и в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю. Кроме того, через дополнительно установленные на стенах топки сопла вводят дожигающий и защищающий трубные экраны от шлакования воздух. Перераспределением расхода воздуха по горелкам и соплам добиваются снижения активности шлакового загрязнения экранных труб и улучшения теплообмена между факелом и рабочей, циркулирующей по трубам, пароводяной средой, а также уменьшения концентрации оксидов азота в выводимых из топки и котла продуктах сгорания (авторское свидетельство СССР №1059344, МПК F23С 7/02 от 27.10.82 г.; Б.И. №45 от 07.12.83 г.).

Однако котел и способ его работы имеют прежние недостатки, связанные со структурной неадаптированностью топочного факела и отводимых продуктов сгорания: значительный недожог крупных топливных частиц, сепарирующих из факела в направлении пода и выводимых через подовое окно в шлаковыводящий канал вместе с кусками образующегося в топке шлака, невысокая надежность облучаемых факелом горелок, труб пароперегревателя, омываемых зологазовыми продуктами сгорания при высокой температуре, а также воздухоподогревателя из-за активного золового износа его труб. Дополнительно вводимыми воздушными потоками защищают от загрязнения небольшую площадь стен с экранными трубами вокруг сопл, для организации эффективной защиты от загрязнения необходимо большое количество индивидуальных сопл.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива с ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу. Котел имеет дополнительно размещаемые на стенах над горелками в несколько горизонтальных рядов многоканальные сопла для ввода в топку охлаждающих факел дымовых газов рециркуляции, а также подключенный к соплам и опускному газоходу перепускной газоход с вентилятором (авторское свидетельство СССР №937877, МПК F23С 9/08 от 21.05.80 г.; Б.И. №23 от 23.06.82 г.).

Известен способ работы котла с рассмотренным выше устройством, осуществляемый путем подачи в топку с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков угольной пыли и воздуха, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу и в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю. Особенностью способа является организация дополнительного ввода в активную область топочного факела над горелками охлажденных дымовых газов, отбираемых из опускного газохода, перекачиваемых по перепускному газоходу с помощью вентилятора и вводимых в топку через специальные многоканальные сопла, устанавливаемые на стенах в несколько горизонтальных рядов. Этим достигается снижение температурного уровня покидающего топку факела, обеспечивается более высокая степень надежности труб пароперегревателя (авторское свидетельство СССР №937877, МПК F23С 9/08 от 21.05.80 г.; Б.И. №23 от 23.06.82 г.).

Котел и способ его работы сохраняют ряд характерных недостатков, возникающих вследствие структурной неадаптированностью топочного факела и продуктов сгорания: шлаковые загрязнения труб экранов, повышенная концентрация оксидов азота в отводимых продуктах сгорания, значительный недожог крупных топливных частиц, невысокая степень надежности облучаемых факелом горелок и воздухоподогревателя из-за активного износа его труб.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу. Особенностью котла является оснащение горелок сопловыми насадками с горизонтальными осями для раздельного тангенциально-прямоточного вывода реагентных потоков в топку с ориентацией осей воздушных сопл вдоль стен, а осей топливных сопл вдоль вертикальной оси топки (Перевод котла БК3-160 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев, А.К. Джундубаев, В.Я. Гигин и др. // Электрические станции. - 1993. - №3. - С. 25-29).

Известен способ работы этого котла, осуществляемый путем подачи в топку с вертикальной осью в центре, фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков воздуха и топлива в виде угольной пыли и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю. Особенностью способа является раздельный прямоточно-тангенциальный вывод в топку из горелок воздушных и топливных потоков, причем первых - вдоль ограждающих стен, вторых - вдоль вертикальной оси топки (Перевод котла БК3-160 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев, А.К. Джундубаев, В.Я. Гигин и др. // Электрические станции. - 1993. - №3. - С. 25-29).

Раздельным выводом реагентных потоков из горелок в топку достигается снижение концентрации вредных для здоровья людей и окружающей среды оксидов азота, подачей воздушных потоков вдоль стен обеспечивается снижение активности шлакования экранирующих труб, улучшение теплообмена факела с циркулирующей в трубах пароводяной средой при более полном поглощении последней падающих со стороны факела тепловых потоков и снижении температуры покидающих топку через выходное окно зологазовых потоков; последнее повышает надежность пароперегревателя. Однако котельное устройство и способ его работы сохраняют характерные недостатки: повышенный недожог крупных топливных частиц, невысокую степень надежности горелочных узлов, труб воздухоподогревателя.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками для ввода реагентных топливных и воздушных потоков, размещенными на стенах топки вдоль подового перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов сгорания, а также горизонтальный газоход с ограждающими стенами, потолочным и подовым перекрытиями, пароперегревательными трубами, подключенным к выходному окну топки окном подачи зологазового потока на нагрев труб пароперегревателя, подовым окном для вывода зологазового потока, и опускной газоход с ограждающими стенами, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, входным потолочным окном, подключенным к выходному подовому окну горизонтального газохода и окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу. Горелки котла также оснащены сопловыми насадками с горизонтальными осями для раздельного тангенциально-прямоточного вывода реагентов в топку с ориентацией осей воздушных сопл вдоль стен, а осей топливных сопл вдоль вертикальной оси топки. При этом насадки топливных и воздушных сопл имеют форму вертикально-щелевых конфузоров, обеспечивающих защиту сопловых конструкций от проникновения лучистых тепловых потоков со стороны факела во внутренние полости сопл и подводящих реагентных каналов (патент РФ №2228491; F23D 17/00 от 15.04.2003 г.; опубл. в БИ №13 10.05.2004 г.).

Известен способ работы этого котла, осуществляемый путем подачи в топку с вертикальной осью в центре, фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к потолочному перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль подового перекрытия реагентных потоков угольной пыли и воздуха, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к потолочному перекрытию в задней стене топки окно последовательно в горизонтальный газоход с пароперегревательными трубами, опускной газоход с экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, золоуловительные установки, дымовую трубу в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя в горизонтальном газоходе, трубы экономайзера и воздухоподогревателя в опускном газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю. При работе котла реализуется раздельный конфузорный прямоточно-тангенциальный ввод в топку воздушных потоков вдоль стен, и топливных потоков вдоль вертикальной оси топки, обеспечивающий наряду со снижением концентрации оксидов азота и активности загрязнения экранных труб шлаком, улучшением теплообмена, снижением температуры покидающих топку продуктов сгорания и повышением надежности пароперегревателя, также эффект повышения надежности горелочных элементов (патент РФ №2228491; F23D 17/00 от 15.04.2003 г.; опубл. в БИ №13 10.05.2004 г.).

Котел и способ его работы сохраняют общие недостатки: повышенный недожог крупных топливных частиц и невысокая надежность воздухоподогревателя из-за значительного золового износа его труб.

Известен также котел, содержащий призматическую вертикальную топку для факельного сжигания пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распиливаемой форсунками водоугольной суспензии с ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, горелками, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия, окном в подовом перекрытии для вывода образующегося шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также восходящий газоход с ограждающими стенами, боковым окном, подключенным к выходному окну топки, пароперегревательными, экономайзерными и воздухоподогревательными трубами, потолочным окном для отвода зологазового потока к золоуловительным установкам, дымовой трубе и сброса в атмосферу (авторское свидетельство СССР №1366785, МПК F23С 1/10 от 07.04.86 г.; Б.И. №2 от 15.01.88 г.).

Известен также способ работы вышеописанного котла путем подачи в топку с фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, окном в поду и примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене через настенные горелки вдоль потолочного перекрытия реагентных потоков воздуха и топлива в виде угольной пыли и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к подовому перекрытию в задней стене топки окно последовательно в восходящий газоход, золоуловительные установки, дымовую трубу и в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателю в восходящем газоходе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю (авторское свидетельство СССР №1366785, МПК F23С 1/10 от 07.04.86 г.; Б.И. №2 от 15.01.88 г.).

С увеличением расстояния между горелками и подом увеличивают время пребывания крупных топливных частиц в факеле, обеспечивая снижение их недожога. Однако котел и способ его работы обладают уже известными общими для всех рассмотренных выше устройств и способов недостатками: активным загрязнением экранов с ухудшением теплообмена в топке, невысокой надежностью горелок, труб пароперегревателя и воздухоподогоревателя, а также повышенной концентрацией оксидов азота в отводимых в атмосферу продуктах сгорания.

Известен котел, содержащий вертикальную топку и подключенный к ней горизонтальный газоход с последовательно установленными трубами пароперегревателя, экономайзера и швеллерковыми золоотделительными вертикальными ловушками, установленными в шахматном порядке в несколько рядов, а также газоход с воздухоподогревателем. При размещении золоотделительных ловушек перед воздухоподогревателем из зологазового потока выделяют частицы золы, что уменьшает в нем концентрацию золы и активность золового износа размещаемых за ловушками труб воздухоподогревателя (патент РФ №2373460; F23J 3/04 от 19.05.2008 г.; опубл. в БИ №32 от 20.11.2009 г.).

Известен способ работы такого котла путем сжигания в топке угольной пыли и вывода образующихся зологазовых продуктов в горизонтальный газоход с пароперегревателем, экономайзером и швеллерковыми золоотделительными ловушками и далее в газоход с воздухоподогревателем и дымовую трубу. При прохождении зологазового потока в горизонтальном газоходе через золоотделительные ловушки из зологазового потока выводят основную массу золовых частиц. В воздухоподогреватель поступает практически очищенный от золы газовый поток, чем значительно снижают активность абразивного износа труб воздухоподогревателя (патент РФ №2373460; F23J 3/04 от 19.05.2008 г.; опубл. в БИ №32 от 20.11.2009 г.).

Котел и способ сохраняют характерные недостатки: повышенный недожог крупных частиц топлива, загрязнение топки шлаком, высокий уровень температуры продуктов сгорания перед пароперегревателем и его низкая надежность, невысокая надежность облучаемых факелом горелок, высокий уровень концентрации оксидов азота в выводимых через дымовую трубу в атмосферу газообразных продуктов сгорания.

Известен наиболее близкий предлагаемому изобретению котел, содержащий вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки потоков охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором (К.Ф. Роддатис, Э.И. Ромм, Н.А. Семененко и др. Котельные установки. Том 2. Госэнергоиздат, М. - Л., 1946, с. 137-142, фиг. 94, фиг. 95б).

Известен способ работы такого котла путем комбинированного ввода в вертикальную призматическую топку с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, подовым шлаковыводящим и примыкающим к поду в задней стене зологазовыводящим окнами раздельно через вертикально-щелевые конфузорные насадки и форсунки размещенных, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, настенных горелок вдоль потолочного перекрытия и вертикальной оси в центре тангенциально-прямоточных топливных пылеугольных и топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков и вдоль потолочного перекрытия и ограждающих стен тангенциально-прямоточных воздушных потоков, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, ввода в топку через установленные на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительные сопла раздельных тангенциально-прямоточных охлаждающих газообразных потоков продуктов сгорания, отбираемых из горизонтального газохода и перекачиваемых по газоходу с вентилятором, и дополнительных дожигающих и защищающих от шлаковых загрязнений дополнительных воздушных потоков, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к подовому перекрытию в задней стене топки окно в горизонтальный газоход с боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, золовыводящими окнами в подовом перекрытии, примыкающим к потолочному перекрытию газовыводящим окном в задней стене, последовательно размещенными пучками пароперегревательных и экономайзерных труб и установленными в шахматном порядке в несколько рядов вертикальными швеллерковыми золоотделительными ловушками, вывода золы из ловушек и трубных пучков через окна в подовом перекрытии в накопительные бункеры, отвода очищенного от золы газового потока через окно в задней стене горизонтального газохода в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя, экономайзера в горизонтальном газоходе, в воздухоподогревателе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю (К.Ф. Роддатис, Э.И. Ромм, Н.А. Семененко и др. Котельные установки. Том 2. Госэнергоиздат, М. - Л., 1946, с. 137-142, фиг. 94, фиг. 95б).

Котел и способ его работы позволяют снизить недожог крупных топливных частиц, концентрацию оксидов азота и золы в выводимых из котла газообразных продуктах сгорания, уменьшить загрязняемость топки шлаком и активизировать теплообмен, повысить надежность пароперегревательных и воздухоподогревательных труб при повышенной надежности горелочных устройств. Однако низка надежность дополнительных сопл. При этом отмеченные преимущества даже при высокой надежности горелок реализуются только при определенных не описанных ранее в литературе и неизвестных в практике особенностях конструкции и работы котла, обеспечивающих рациональную структуру топочного факела и отводимых продуктов сгорания.

Задача изобретения - выбор конструкции и способа работы котла, позволяющих изменить многокомпонентную структуру факела, заполняющего пространство внутри топки и состоящего из прогреваемых и окисляемых с выделением теплоты топливных частиц угольной пыли и распыленной водоугольной суспензии, окислительных воздушных потоков и потоков образующихся в процессе окислительных реакций зологазовых продуктов сгорания, а также улучшить структуру выводимых из топки и котла зологазовых потоков, при этом снизить недожог крупных топливных частиц, концентрацию оксидов азота и золы в выводимых из котла газообразных продуктах сгорания, уменьшить загрязняемость топки шлаком, активизировать теплообмен, повысить надежность дополнительных сопл, пароперегревательных и воздухоподогревательных труб при высокой надежности горелочных устройств.

Задача решается в предлагаемом котле, содержащим вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию, для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором, согласно изобретению, оснащением каналов дополнительных сопл вертикально-щелевыми конфузорными насадками, установкой дополнительных сопл верхнего ряда на стенах топки между ее потолочным перекрытием и горелками, размещением остальных дополнительных сопл на стенах между горелками и подовым перекрытием топки, установкой на боковых ограждающих стенах с примыканием к потолочному перекрытию дополнительных окон горизонтального газохода между ловушками и выходным окном с подключением к ним перекачивающего охлажденные газообразные продукты сгорания к дополнительным соплам газохода с вентилятором.

При решении поставленной задачи работу котла осуществляют по предлагаемому ниже способу путем комбинированного ввода в вертикальную призматическую топку с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, подовым шлаковыводящим и примыкающим к поду в задней стене зологазовыводящим окнами раздельно через вертикально-щелевые конфузорные насадки и форсунки размещенных, по крайней мере, в один горизонтальный ряд настенных горелок вдоль потолочного перекрытия и вертикальной оси в центре тангенциально-прямоточных топливных пылеугольных и топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков и вдоль потолочного перекрытия и ограждающих стен тангенциально-прямоточных воздушных потоков, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, ввода в топку через установленные на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительные сопла раздельных тангенциально-прямоточных охлаждающих газообразных потоков продуктов сгорания, отбираемых из горизонтального газохода и перекачиваемых по газоходу с вентилятором, и дополнительных дожигающих и защищающих от шлаковых загрязнений воздушных потоков, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к подовому перекрытию в задней стене топки окно в горизонтальный газоход с боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, золовыводящими окнами в подовом перекрытии, примыкающим к потолочному перекрытию газовыводящим окном в задней стене, последовательно размещенными пучками пароперегревательных и экономайзерных труб и установленными в шахматном порядке в несколько рядов вертикальными швеллерковыми золоотделительными ловушками, вывода золы из ловушек и трубных пучков через окна в подовом перекрытии в накопительные бункеры, отвода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя, экономайзера в горизонтальном газоходе, в воздухоподогревателе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю, согласно изобретению, охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания и дополнительные воздушные потоки через дополнительные сопла верхнего горизонтального ряда вводят над горелками спутно истекающим из горелок топливным пылеугольным потокам и топливным распыленным водоуглесуспензионным потокам, а через остальные дополнительные сопла под горелками встречно-смещенно тем же истекающим из горелок топливным пылеугольным и топливным распыленным водоуглесуспензионным потокам, при этом в периоды подачи в топку через горелки только топливных пылеугольных потоков дополнительные воздушные потоки вводят через все дополнительные сопла вдоль ограждающих стен, а охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания подают вдоль вертикальной оси топки, в периоды подачи в топку топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков как отдельно, так и в комбинации с топливными пылеугольными потоками через верхний ряд дополнительных сопл вводят только направленные вдоль стен дополнительные воздушные потоки, через остальные дополнительные сопла дополнительные воздушные потоки подают также вдоль стен, а охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания вдоль вертикальной оси топки, при этом охлаждающие газообразные продукты сгорания отбирают из припотолочного участка горизонтального газохода между вертикальными швеллерковыми ловушками и выходным окном горизонтального газохода.

При конструктивном оформлении котла с оснащением дополнительных сопл вертикально-щелевыми конфузорными насадками, установкой дополнительных сопл верхнего ряда на стенах топки между ее потолочным перекрытием и горелками, размещением остальных дополнительных сопл на стенах между горелками и подовым перекрытием топки, установкой дополнительных окон на ограждающих стенах с примыканием к потолочному перекрытию горизонтального газохода между его ловушками и выходным окном и подключением этих дополнительных окон к перекачивающему охлажденные газообразные продукты сгорания газоходу с вентилятором при одновременной реализации способа работы предложенного устройства с отличительными признаками, включающими ввод воздуха вдоль ограждающих стен через все дополнительные сопла и подачу охлаждающих факел продуктов сгорания через те же сопла вдоль вертикальной оси топки в периоды подачи через горелки только пылеугольных потоков, а также ввод воздуха вдоль ограждающих стен через все дополнительные сопла и подачу охлаждающих факел продуктов сгорания через дополнительные сопла кроме сопл верхнего ряда вдоль вертикальной оси топки в периоды подачи через горелки распыленных водоуглесуспензионных топливных потоков как отдельно, так и в комбинации с пылеугольными потоками, отбор охлаждающих газообразных продуктов из припотолочного участка горизонтального газохода между вертикальными швеллерковыми ловушками и выходным окном горизонтального газохода с учетом того, что потоки охлаждающих газообразных продуктов и воздуха через дополнительные сопла верхнего горизонтального ряда вводят над горелками спутно истекающим из горелок реагентным потокам, а через остальные дополнительные сопла под горелками встречно-смещенно тем же истекающим из горелок реагентным потокам, изменяется многокомпонентная структура топочного факела, состоящего из прогреваемых и окисляемых с выделением теплоты топливных частиц угольной пыли и распыленной водоугольной суспензии, окислительных воздушных потоков и потоков, образующихся в процессе окислительных реакций зологазовых продуктов сгорания, а также улучшается структура выводимых из топки и котла зологазовых потоков, при этом достигается снижение недожога топливных частиц, концентрации оксидов азота и золы в выводимых из котла газообразных продуктах сгорания, уменьшение загрязняемости топки шлаком, активизирование теплообмена, повышение надежности дополнительных сопл, пароперегревательных и воздухоподогревательных труб при высокой надежности горелочных устройств. При этом положительный эффект реализуется перечисленным комплексом новых конструктивных и технологических мероприятий, которым решается поставленная задача. С исключением хотя бы одного из перечисленных мероприятий снижается эффективность предлагаемого котла и способа его работы.

Предлагаемый котел и способ его работы поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлена схема котла, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 - схема ввода в топку через горелки реагентных топливных и воздушных потоков, разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема ввода в топку через дополнительные сопла верхнего ряда охлажденных газообразных продуктов сгорания и воздуха, разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - схема ввода в топку через дополнительные сопла под горелками охлажденных газообразных продуктов сгорания и воздуха, разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - схема горелки, увеличенный узел I на фиг. 3; на фиг. 7 - вид Д на фиг. 5; на фиг. 8 - схема ввода потоков распыленной водоугольной суспензии и растопочно-подсветочного топлива, разрез E-Ε на фиг7; на фиг. 9 - схема дополнительного сопла, увеличенный узел II на фиг. 4; на фиг. 10 - вид Ж на фиг. 8; на фиг. 11 - схема дополнительного сопла, увеличенный узел III на фиг. 5.

Котел на фиг. 1-11 включает вертикальную призматическую топку 1 для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью к в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами 2, 3 и 4, 5 соответственно, потолочным и подовым перекрытиями 6 и 7 соответственно, экранирующими стены 2, 3, 4, 5 и перекрытия 6, 7 трубами 8 с циркулирующей пароводяной средой 9, размещенными на стенах, в частности, 4, 5 вдоль потолочного перекрытия, в частности, в один горизонтальный ряд m горелками 10 (либо в несколько горизонтальных рядов менее мощными горелками, на чертежах не показано); горелки 10 имеют вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки 11, 12 для раздельного вывода воздушных потоков 13 вдоль стен 2, 3, 4, 5 и топливных пылеугольных потоков 14 вдоль вертикальной оси k топки 1 и форсунки 15 для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков 16 также вдоль вертикальной оси к топки 1; к форсунке 15 подведены трубопроводы 17, 18 с регулирующей и отсекающей арматурой 19, 20 для ввода суспензии 21 и распылителя, в частности, сжатого воздуха 22; здесь же в горелке 10 размещен узел растопки 23 для ввода в топку 1 высокореакционного топлива 24; к узлу 23 подключен трубопровод 25 с арматурой 26 подачи мазута или природного газа 27; топка 1 помимо горелок 10 имеет установленные на стенах, в частности, 4, 5 в несколько горизонтальных рядов, в том числе в верхнем n между горелками 10 и потолочным перекрытием 6 и нижних v, p, s между горелками 10 и подовым перекрытием 7 дополнительные сопла 28 с двумя каналами 29, 30 и сопла 31 с двумя каналами 32, 33 соответственно для вывода в топку 1 вдоль ограждающих стен 2, 3, 4, 5 и вертикальной оси к топки 1 охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания 34, 35 и топливо дожигающих и защищающих от шлакового загрязнения воздушных потоков 36, 37, топка имеет также окно 38 в подовом перекрытии 7 для вывода образующихся кусков шлака 39 и сепарирующих крупных золотопливных частиц 40, примыкающее к подовому перекрытию 7 окно 41 в задней стене 3 для вывода зологазовых продуктов 42. Котельное устройство помимо топки 1 включает горизонтальный газоход 43 с ограждающими боковыми и задней стенами 44, 45 и 46 соответственно, потолочным и подовым перекрытиями 47 и 48 соответственно, последовательно установленными пучками труб 49 и 50 пароперегревателя и экономайзера соответственно и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками 51, окном для ввода зологазового потока 42, совмещенным с зологазовыводящим окном 41 топки 1, окнами, в частности, 53, 54 в подовом перекрытии 48 для отвода золовых частиц 55 из ловушек 51 и трубных пучков 49, 50, окном 56 в задней стене 46, примыкающим к потолочному перекрытию 47, для вывода очищенного от золы 55 газового потока 57 в газоход 58 с воздухоподогревателем 59, дымовую трубу 60 и сброса его в атмосферу с помощью дымососов 61; котельное устройство оснащено перекачивающим и подающим в сопла 28, 31 охлажденные продукты сгорания 34, 35 газоходом 62 с вентилятором 63 (фиг. 2). Особенностью котельного устройства является оснащение каналов 29, 30 и 32, 33 дополнительных сопл 28, 31 вертикально-щелевыми конфузорными насадками 64, 65 и 66, 67 соответственно (фиг. 9 и фиг. 11), установка дополнительных сопл 28 верхнего ряда n на стенах, в частности, 4, 5 топки 1 между ее потолочным перекрытием 6 и горелками 10, размещение остальных дополнительных сопл 31 в рядах v, р, s на стенах, в частности, 4, 5 между горелками 10 и подовым перекрытием 7 топки 1, установка дополнительных окон 68 (фиг. 2) на боковых ограждающих стенах 44, 45 с примыканием к потолочному перекрытию 47 горизонтального газохода 43 между его ловушками 51 и выходным окном 56 в задней стене 46 и подключение к окнам 68 перекачивающему охлажденные и очищенные потоки продуктов сгорания 34, 35 к соплам 28, 31 газохода 62 с вентилятором 63. Питательную воду 69, из которой получают пар 70, в котел подают насосами 71, воздух 72 на нагрев в воздухоподогревателе 59 вентиляторами 73. На газопроводах и воздуховодах установлена регулирующая расход и отсекающая арматура 74.

Котел на фиг. 1-11 работает согласно предложенному способу путем комбинированного ввода в вертикальную призматическую топку 1 с вертикальной осью к в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами 2, 3, 4, 5, потолочным и подовым перекрытиями 6, 7, экранирующими их трубами 8 с циркулирующей пароводяной средой 9, подовым шлаковыводящим и примыкающим к поду 7 в задней стене 3 зологазовыводящим окнами 38 и 41 раздельно через вертикально-щелевые конфузорные насадки 11, 12 и форсунки 15 размещенных, по крайней мере, в один горизонтальный ряд m настенных горелок 10 вдоль потолочного перекрытия 6 и вертикальной оси k в центре тангенциально-прямоточных топливных пылеугольных 14 и топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков 16 и вдоль потолочного перекрытия 6 и ограждающих стен 2, 3, 4, 5 тангенциально-прямоточных воздушных потоков 13, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов 42, ввода в топку 1 через установленные в несколько горизонтальных рядов n, v, p, s дополнительные сопла 28, 31 раздельных тангенциально-прямоточных охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания 34, 35, отбираемых из горизонтального газохода 43 и перекачиваемых по газоходу 62 с вентилятором 63, и дополнительных дожигающих и защищающих от шлаковых загрязнений воздушных потоков 36, 37, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц 40 и кусков образующегося шлака 39 через подовое окно 38 в шлаковыводящий канал (на чертежах не показан), эвакуации зологазовых продуктов 42 через примыкающее к подовому перекрытию 7 в задней стене 3 топки 1 окно 41 в горизонтальный газоход 43 с боковыми и задней стенами 44, 45 и 46, потолочным и подовым перекрытиями 47 и 48, окнами 53, 54 в подовом перекрытии 48, последовательно размещенными пучками пароперегревательных и экономайзерных труб 49 и 50 и установленными в шахматном порядке в несколько рядов вертикальными швеллерковыми золоотделительными ловушками, вывода золы 55 из ловушек 51 и трубные пучки 49, 50 через окна 53, 54 в подовом перекрытии 48 в накопительные бункеры (на чертежах не показаны), отвода очищенного от золы газового потока 57 в газоход 58 с воздухоподогревателем 59, дымовую трубу 60 и сброса в атмосферу с использованием дымососов 61 и последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде 9 через экранные трубы 8 в топке 1, трубы пароперегревателя 49 и экономайзера 50 в горизонтальном газоходе 43, отпуска нагретой воды (на чертежах не показано), вырабатываемого пара 70 потребителю. Новыми технологическими особенностями предложенного способа является ввод охлаждающих газообразных потоков продуктов сгорания 34 и воздушных потоков 36 через дополнительные сопла 28 над размещенными в ряду m горелками 10 спутно истекающими из горелок 10 топливным пылеугольным потокам 14 и топливным распыленным водоуглесуспензионным потокам 16, а через остальные дополнительные сопла 31 под горелками 10, размещенными в рядах v, p, s, охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания 35 и воздушные потоки 37 вводят встречно-смещенно тем же истекающим из горелок 10 топливным пылеугольным и распыленным водоуглесуспензионным потокам 14 и 16, при этом в периоды подачи в топку 1 через горелки 10 только топливных пылеугольных потоков 14 воздушные потоки 36, 37 вводят через все дополнительные сопла 28, 31 вдоль ограждающих стен, а охлаждающие факел гахообразные потоки продуктов сгорания 34, 35 подают вдоль вертикальной оси k топки 1; в периоды подачи в топку 1 топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков 16, сильно забалластированных влагой, как отдельно, так и в комбинации с топливными пылеугольными потоками 14 через верхний ряд m дополнительных сопл 28 вводят только направленные вдоль стен 2, 3, 4, 5 воздушные потоки 36, через остальные сопла 31 в рядах v, p, s воздушные потоки 37 подают также вдоль стен 2, 3, 4, 5, а охлаждающие факел газообразные потоки продуктов сгорания 35 вдоль вертикальной оси k топки 1; охлаждающие факел газообразные продукты сгорания 34, 35 отбирают из припотолочного участка горизонтального газохода 43 между вертикальными швеллерковыми ловушками 51 и выходным окном 56 горизонтального газохода 49.

Помимо представленного на фиг. 1, 2 технического решения в части конструктивного оформления котла возможна не представленная на чертежах блочная компоновка его элементов: топки 1 и горизонтального газохода 43 с пароперегревателем 49, экономайзера 50 и зололовушек 51, воздухоподогревателя 59, причем последний может быть как рекуперативного, так и регенеративного типа. При этом сохраняются все элементы и их обозначения на фиг. 3-11.

Конструктивным оформлением котла с оснащением дополнительных сопл 28, 31 вертикально-щелевыми конфузорными насадками 64, 65, 66, 67, установкой дополнительных сопл 28 верхнего ряда n на стенах 2, 3,4, 5 топки 1 между ее потолочным перекрытием 6 и горелками 10, размещением остальных дополнительных сопл 31 на стенах 2, 3, 4, 5 между горелками 10 и подовым перекрытием 7 топки 1, установкой дополнительных окон 68 на ограждающих стенах 44, 45 с примыканием к потолочному перекрытию 47 горизонтального газохода 43 между его ловушками 51 и выходным окном 56 и подключением этих дополнительных окон 68 к перекачивающему охлаждающие факел газообразные потоки продуктов сгорания 34, 35 газоходу 62 с вентилятором 63 при одновременной реализации способа работы предложенного устройства с отличительными признаками, включающими ввод воздушных потоков 36, 37 вдоль ограждающих стен 2, 3, 4, 5 через все дополнительные сопла 28, 31 и подачу охлаждающих факел потоков продуктов сгорания 34, 35 через те же сопла 28, 31 вдоль вертикальной оси k топки 1 в периоды подачи через горелки 10 только топливных пылеугольных потоков 14, а также ввод воздушных потоков 36, 37 вдоль ограждающих стен 2, 3, 4, 5 через все дополнительные сопла 28, 31 и подачу охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания 34, 35 через дополнительные сопла 31 кроме сопл 28 верхнего ряда n вдоль вертикальной оси к топки 1 в периоды подачи через горелки 10 топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков 16 как отдельно, так и в комбинации с топливными пылеугольными потоками 14, отбор охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания 34, 35 из припотолочного участка горизонтального газохода 43 между вертикальными швеллерковыми ловушками 51 и выходным окном 56 горизонтального газохода 43 с учетом того, что потоки охлаждающих факел газообразных продуктов сгорания 34 и воздушные потоки 36 через дополнительные сопла 28 верхнего горизонтального ряда n вводят над горелками 10 спутно истекающим из горелок 10 топливным пылеугольным и распыленным водоуглесуспензионным потокам 14, 16, а через остальные дополнительные сопла 31 под горелками 10 встречно-смещенно тем же истекающим из горелок 10 топливным пылеугольным и распыленным водоуглесуспензионным потокам 14, 16, изменяется многокомпонентная структура топочного факела, состоящего из прогреваемых и окисляемых с выделением теплоты топливных частиц угольной пыли и распыленной водоугольной суспензии, окислительных воздушных потоков и потоков, образующихся в процессе окислительных реакций зологазовых продуктов сгорания, а также улучшается структура выводимых из топки и котла зологазовых потоков, при этом достигается снижение недожога топливных частиц, концентрации оксидов азота и золы в выводимых из котла газообразных продуктах сгорания 57, уменьшение загрязняемости топки шлаком 39, активизирование теплообмена, повышение надежности дополнительных сопл 28, 31, пароперегревательных труб и воздухоподогревателя при высокой надежности горел очных устройств 10. При этом положительный эффект реализуется перечисленным комплексом новых конструктивных и технологических мероприятий, которым решается поставленная задача. При исключении хотя бы одного из мероприятий снижается эффективность предложенных устройства и способа его работы.

Максимальный эффект золоотделения в ловушках 51 реализуется при минимальных скоростях зологазового потока (<1 м/с), в то время, как улучшение конвективного теплообмена в трубах пароперегревателя 49 и экономайзера 50 наблюдается при повышении скорости (>10 м/с). Отсюда дальнейшее развитие технологии выработки пара с использованием предлагаемых устройства и способа работы котла будет связано с оптимизацией конструкции и рабочих параметров этих процессов, в частности, конфигурации горизонтального газохода 43. Одно из таких решений, представленное на фиг. 2 настоящего изобретения, направлено на изменение проходного сечения газохода 43. Эффективность факельного процесса в топке 1 зависит от исходных характеристик сжигаемого топлива, вводимого в топку пылеугольными 14 и распыленными водоуглесуспензионными потоками 16. Улучшение выгорания топливных частиц, минимизация выхода оксидов азота и активности шлаковых загрязнений труб 8 в топке 1 со снижением температурного уровня газов в выходном окне 41 определяются оптимальными соотношениями размеров топки 1 и горизонтального газохода 43, оптимальными диапазонами отметок размещения горизонтальных рядов m, n, v, p, s горелок 10 и дополнительных сопл 28, 31, рабочими диапазонами расходов охлаждающего газа 34, 35 и дожигающего воздуха 36, 37. На данном этапе эти условия не рассматриваются, поскольку они являются предметом иных изобретений.

Использование предлагаемых устройства и способа работы котла связано с энергетикой, в частности, с тепловыми электростанциями и промышленными котельными. Основное назначение - экологически более чистое и экономически более выгодное и надежное сжигание в факельных топках угольной пыли и приготавливаемой на ее основе и распиливаемой форсунками водоугольной суспензии. Подобное топливосочетание возможно в первую очередь при гидродобыче угля, его кусковой и суспензионной доставке гидротранспортом на ТЭС Предложенные устройство и способ работы котла предусматривают возможность как раздельного сжигания этих топлив, так и в комбинациях. Применение устройства и способа целесообразно в проектах новых котлов, реконструкциях существующих ТЭЦ и котельных с выработавшим ресурс оборудованием. При этом допустимо частичное использование изобретения в иных высокотемпературных установках при решении других задач, например, применение комплексных комбинированных газовоздушных сопл с конфузорными вертикально-щелевыми насадками, в нагревательных печах, котлах и топках различного назначения для повышения собственной надежности и долговечности. Кроме того, при необходимости очистки зологазовых потоков с высоким эффектом вывода золы могут быть использованы предвключенные зололовушки.

Изобретение относится к котлу и способу его работы. Котел содержит вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором. Каналы дополнительных сопл оснащены вертикально-щелевыми конфузорными насадками, дополнительные сопла верхнего ряда установлены на стенах топки между ее потолочным перекрытием и горелками, остальные дополнительные сопла размещены на стенах между горелками и подовым перекрытием топки, на ограждающих боковых стенах с примыканием к потолочному перекрытию горизонтального газохода между его ловушками и выходным окном установлены дополнительные окна, подключенные к перекачивающему охлажденные газообразные продукты сгорания к дополнительным соплам газоходу с вентилятором. Изобретение направлено на снижение недожога крупных топливных частиц, концентрации оксидов азота и золы в выводимых из котла газообразных продуктах сгорания. 2 н.п. ф-лы, 11 ил.

1. Котел, содержащий вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором, отличающийся тем, что каналы дополнительных сопл оснащены вертикально-щелевыми конфузорными насадками, дополнительные сопла верхнего ряда установлены на стенах топки между ее потолочным перекрытием и горелками, остальные дополнительные сопла размещены на стенах между горелками и подовым перекрытием топки, на ограждающих боковых стенах с примыканием к потолочному перекрытию горизонтального газохода между его ловушками и выходным окном установлены дополнительные окна, подключенные к перекачивающему охлажденные газообразные продукты сгорания к дополнительным соплам газоходу с вентилятором.

2. Способ работы котла путем комбинированного ввода в вертикальную призматическую топку с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими их трубами, подовым шлаковыводящим и примыкающим к поду в задней стене зологазовыводящим окнами раздельно через вертикально-щелевые конфузорные насадки и форсунки размещенных, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, настенных горелок вдоль потолочного перекрытия и вертикальной оси в центре тангенциально-прямоточных топливных пылеугольных и топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков и вдоль потолочного перекрытия и ограждающих стен тангенциально-прямоточных воздушных потоков, организации факельных процессов воспламенения и горения с экзотермическим топливоокислительным эффектом и образованием высокотемпературных зологазовых продуктов, ввода в топку через установленные на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительные сопла раздельных тангенциально-прямоточных охлаждающих газообразных потоков продуктов сгорания, отбираемых из горизонтального газохода и перекачиваемых по газоходу с вентилятором, и дополнительных дожигающих и защищающих от шлаковых загрязнений дополнительных воздушных потоков, вывода крупных сепарирующих золотопливных частиц и кусков образующегося шлака через подовое окно в шлаковыводящий канал, эвакуации зологазовых продуктов через примыкающее к подовому перекрытию в задней стене топки окно в горизонтальный газоход с боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, золовыводящими окнами в подовом перекрытии, примыкающим к потолочному перекрытию газовыводящим окном в задней стене, последовательно размещенными пучками пароперегревательных и экономайзерных труб и установленными в шахматном порядке в несколько рядов вертикальными швеллерковыми золоотделительными ловушками, вывода золы из ловушек и трубных пучков через окна в подовом перекрытии в накопительные бункеры, отвода очищенного от золы газового потока через окно в задней стене горизонтального газохода в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу с последовательной отдачей теплоты циркулирующей пароводяной среде через экранные трубы в топке, трубы пароперегревателя, экономайзера в горизонтальном газоходе, в воздухоподогревателе, отпуска нагретой воды и вырабатываемого пара потребителю, отличающийся тем, что охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания и дополнительные воздушные потоки через дополнительные сопла верхнего горизонтального ряда вводят над горелками спутно истекающим из горелок топливным пылеугольным и распыленным водоуглесуспензионным потокам, а через остальные дополнительные сопла под горелками встречно-смещенно тем же истекающим из горелок топливным пылеугольным и распыленным водоуглесуспензионным потокам, при этом в периоды подачи в топку через горелки только топливных пылеугольных потоков дополнительные воздушные потоки вводят через все дополнительные сопла вдоль ограждающих стен, а охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания подают вдоль вертикальной оси топки, в периоды подачи в топку топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков как отдельно, так и в комбинации с топливными пылеугольными потоками через верхний ряд дополнительных сопл вводят только направленные вдоль стен дополнительные воздушные потоки, через остальные дополнительные сопла дополнительные воздушные потоки подают также вдоль стен, а охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания вдоль вертикальной оси топки, при этом охлаждающие газообразные потоки продуктов сгорания отбирают из припотолочного участка горизонтального газохода между вертикальными швеллерковыми ловушками и выходным окном горизонтального газохода.