РАСПОЛОЖЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА В КОТЛЕ-УТИЛИЗАТОРЕ Российский патент 2020 года по МПК F22B31/04 

Объект изобретения

Настоящее изобретение относится к котлу-утилизатору, частности к устройству для утилизации теплоты топочных газов при сжигании отработанного щелока, например, черного щелока при химическом получении волокнистой массы.

Предпосылки к созданию изобретения

При производстве целлюлозы, лигнин и другие органические нецеллюлозные материалы отделяют от сырья для получения целлюлозы путем варки с применением варочных химикатов. Варочный щелок, применяемый для химического расщепления, т.е. отработанный щелок, утилизируют. Отработанный щелок, механически отделенный от целлюлозы, имеет высокую теплотворную способность, благодаря наличию в нем углеродсодержащих и других органических горючих материалов, отделенных от целлюлозы. Отработанный щелок также содержит неорганические химикаты, которые не вступают в реакцию при химическом расщеплении. Для утилизации теплоты и химикатов из отработанного щелока было разработано несколько разных способов.

Черный щелок, получаемый при сульфатном производстве целлюлозы, сжигают в котле-утилизаторе. При горении органических и углеродсодержащих материалов, содержащихся в черном щелоке, неорганические компоненты в отработанном щелоке преобразуются в химикаты, которые можно извлечь и далее применять в процессе варки.

При горении черного щелока генерируются горячие топочные газы, которые приводятся в контакт с разными теплообменными устройствами котла-утилизатора. Топочные газы переносят теплоту в воду или пар, или в пароводяную смесь, протекая внутри теплообменников, одновременно охлаждая их. Обычно топочные газы содержат большое количество золы. Большая часть золы является сульфатом натрия, а следующая самая большая часть является карбонатом натрия. Зола содержит также и другие компоненты. Зола, захваченная топочными газами, в топке находится, главным образом, в форме пара и начинает преобразовываться в мелкую пыль или капли расплава в той части котла, которая находится после топки. Соли, содержащиеся в расплаве золы, являются липкими частицами даже при относительно низких температурах. Расплавленные и липкие частицы легко прилипают к теплообменным поверхностям и даже приводят к их коррозии. Отложения липкой золы создают риск забивания каналов для топочных газов и коррозии и износа нагреваемых поверхностей котла.

Котел-утилизатор для отработанного щелока обычно состоит из следующих основных частей, схематически показанных на фиг. 1:

Топка котла-утилизатора содержит переднюю стенку и боковые стенки. Шириной топки называется горизонтальная длина передней стенки, а глубиной называется длина боковых стенок топки. На фиг. 1 показана структура котла-утилизатора, имеющего топку, определенную стенками из водяных труб, передней стенкой 11, боковыми стенками 16 и задней стенкой 10, а также дном 15, сформированным из водяных труб. Воздух для горения подается в топку на множестве разных уровней. Отработанный щелок, например, черный щелок, подается через форсунки 12. Во время горения на дне топки формируется слой расплава.

- Нижняя часть 1 топки, где в основном происходит сгорание отработанного щелока.

- Средняя часть 2 топки, где в основном происходит окончательное сгорание газообразных горючих веществ.

- Верхняя часть 3 топки.

- Зона 4 перегревателя, в которой насыщенный пар, выходящий из сухопарника 7, преобразуется в (перегретый) пар, имеющий высокую температуру. В зоне перегревателя или перед ней часто устанавливают так называемую экранирующую поверхность из труб или экранирующие трубы, которые обычно работают как ребойлер.

- В канале для топочных газов после топки после перегревателей расположены теплообменники: блок котлов и экономайзеры, где утилизируется теплота топочных газов, генерируемых в топке. Блок 5 котлов, например, испаритель воды, расположен в первом канале для топочных газов газохода для топочных газов, т.е. в так называемом втором проходе. В блоке котлов вода при температуре насыщения частично выкипает в пар.

- Подогреватели питательной воды, т.е. так называемые экономайзеры 6а, 6b, в которых питательная вода, текущая по теплопередающим элементам, подогревается топочными газами перед подачей воды в сухопарник 7 и в узлы, генерирующие пар (блок 5 котлов, стенки топки и, возможно, трубы экрана) и в узлы 4 перегрева котла.

- Сухопарник (или паровой коллектор) 7, в нижней части которого находится вода, а в верхней части насыщенный пар. В некоторых котлах имеется два коллектора: паровой коллектор (верхний коллектор) и водяной коллектор (нижний коллектор), где между устройством теплопереноса имеются так называемые трубы блока котлов для кипячения воды.

- Другие узлы и устройства, связанные с котлом, например, система подачи воздуха для горения, система топочных газов, система подачи щелока, система обработки расплава и щелока, насосы питательной воды и т.д. Позицией 13 обозначен так называемый нос.

Циркуляция воды/пара в котле является естественной циркуляцией, при которой в водяных трубках стенок и дна топки образуется пароводяная смесь, которая поднимается вверх через сборные трубы в сухопарник 7, который расположен поперек котла, т.е. параллельно передней стенке 11. Горячая вода течет из сухопарника по опускным трубам 14 в ресивер дна 15, откуда вода распределяется в водяные трубы дна и, далее, в водяные трубы стен.

Подогревателем, т.е. экономайзером, обычно называется теплообменник, содержащий теплопередающие элементы, внутри которых течет питательная вода котла, которую нужно нагревать. Между этими теплопередающими элементами в экономайзере остается свободное пространство для потока топочных газов. Когда топочные газы обтекают теплопередающие элементы, теплота переносится в питательную воду, текущую внутри этих элементов. Блок котлов также сформирован из теплопередающих элементов, внутри которых течет вода, которую следует испарить, или пароводяная смесь, в которую переносится теплота от топочных газов, обтекающих эти элементы.

Теплообменники, т.е. блок котлов и экономайзеры, обычно сконструированы так, чтобы в них топочные газы текли не снизу вверх, а обычно только сверху вниз. В экономайзерах направление потока воды обычно противоположно направлению потока топочных газов, чтобы обеспечить более экономичную утилизацию теплоты.

В некоторых котлах-утилизаторах для отработанного щелока блок котлов сконструирован так, чтобы топочные газы текли по существу горизонтально. В котлах с единственным сухопарником, имеющих такой горизонтальный блок котлов, теплопередающие элементы расположены так, чтобы нагреваемая вода текла по существу снизу вверх. Блок котлов здесь называется горизонтальным блоком котлов, поскольку топочные газы текут по существу горизонтально. Котлы с двумя сухопарниками обычно имеют верхний сухопарник и нижний сухопарник, между которыми расположены трубы блока котлов так, чтобы нагреваемая вода текла в трубах по существу снизу вверх, а топочные газы текли по существу горизонтально. В этих случаях для топочных газов и потоков воды можно использовать общий термин "поперечное течение" или для блока котлов можно использовать термин "блок котлов с поперечным течением".

В известном котле-утилизаторе отработанного щелока, схематически показанном на фиг. 1, который имеет так называемый блок 5 котлов с вертикальным потоком, топочные газы текут вертикально сверху вниз. Газоход 8 для топочных газов расположен рядом с блоком котлов, в котором имеется канал, по которому топочные газы, прошедшие через блок 5 котлов, текут снизу вверх. Газоход 8 обычно не имеет устройств теплопереноса. Рядом с газоходом 8 расположен первый экономайзер (так называемый горячий экономайзер) 6а, в котором топочные газы текут сверху вниз, перенося теплоту в питательную воду, текущую в теплопередающих элементах экономайзера. Соответственно, рядом с этим экономайзером расположен второй газоход 9 для топочных газов, в котором топочные газы, приходящие из нижнего конца экономайзера 6а, текут вверх. Этот газоход для топочных газов обычно является пустым каналом без теплопередающих элементов для утилизации теплоты или подогрева воды. Рядом с газоходом 9 для топочных газов расположен второй экономайзер, так называемый холодный экономайзер 6b, в котором топочные газы текут сверху вниз, нагревая питательную воду, текущую по теплопередающим элементам.

В дополнение к блоку 5 котлов, двум экономайзерам 6а и 6b и каналам 8 и 9 между ними, котел может иметь несколько соответствующих газоходов для топочных газов и экономайзеров.

Как известно, поток топочных газов в блоке котлов и экономайзерах направляют сверху вниз. Зола, захватываемая топочными газами, загрязняет теплопередающие поверхности. По мере налипания частиц золы на теплопередающие поверхности, слой золы постепенно становится толще и мешает теплопереносу. Если зола накапливается на этих поверхностях в большом количестве, сопротивление потоку топочных газов может достичь неприемлемого уровня. Теплопередающие поверхности очищают пароструйными воздуходувками, через которые пар время от времени вдувают на теплопередающие поверхности, в результате чего зола, накопившаяся на этих поверхностях, отделяется и проходит вместе с топочными газами в бункеры для сбора золы, расположенные в нижней части теплопередающей поверхности.

Не все котлы-утилизаторы имеют блок котлов. В заявке на европейский патент 1188986 описано решение, в котором первая часть газохода для топочных газов, расположенная после котла-утилизатора, так называемый второй проход, имеет по меньшей мере один перегреватель, особенно первичный перегреватель. В этом случае может возникнуть проблема чрезмерного повышения температуры поверхностей в этой части газохода для топочных газов. В заявке на патент WO 2014044911 указывается, что эта часть газохода для топочных газов расположена для охлаждения охлаждающей средой, приходящей от экранирующих труб.

В европейском патенте 1728919 представлено устройство, в котором часть газохода для топочных газов, так называемый второй проход, снабжен и блоком котлов, и экономайзером, расположенными один за другим в направлении входа топочных газов, но поверхности перегревателя расположены, в соответствии с прототипом, в верхней части топки котла. Когда во втором проходе установлены блок котлов и экономайзер, это ограничивает позиционирование других нагреваемых поверхностей, таких как поверхность перегревателя, в потоке топочных газов.

Краткое описание изобретения

Если целью является увеличение поверхности перегревателя котла, высоту здания котла приходится соответственно увеличивать. Поэтому было бы полезно расположить дополнительную поверхность перегревателя в так называемом втором проходе газохода для топочных газов, поскольку это позволяет уменьшить потребность в увеличении размеров здания котла. Целью настоящего изобретения является создание более гибкого решения, чем раньше, для изменения размера и положения различных поверхностей утилизации теплоты в котле-утилизаторе в соответствии с потребностями процесса.

Устройство по настоящему изобретению отличается наличием признаков, приведенных в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты изобретения отличаются наличием признаков, приведенных в отличительных частях зависимых пунктов формулы.

Настоящее изобретения относится к расположению компонентов в котле-утилизаторе, имеющем топку для сжигания отработанного щелока и газоход для топочных газов, содержащий вертикальные каналы для топочных газов, по меньшей мере часть из которых снабжена теплоутилизационными устройствами для утилизации теплоты топочных газов. Теплоутилизационные устройства имеют ширину по существу равную ширине газохода для топочных газов, и после топки в канале для топочных газов расположен перегреватель. Это расположение отличается тем, что в дополнение к перегревателю в первом канале для топочных газов, в так называемом втором проходе установлено одно из следующих теплоутилизационных устройств: экономайзер, блок котлов или подогреватель. Перегреватель и второе теплоутилизационное устройство расположены параллельно так, чтобы в канале для топочных газов топочные газы текли в вертикальном направлении сверху вниз и одновременно нагревали перегреватель и второе теплоутилизационное устройство. В отношении горизонтального направления потока топочных газов перегреватель и второе теплоутилизационное устройство расположены один за другим. Перегреватель и второе теплоутилизационное устройство, т.е. экономайзер, блок котлов или подогреватель, типично имеют ширину, равную ширине газохода для топочных газов (т.е. равную длине передней и задней стенок топки). Каждое теплоутилизационное устройство, т.е. перегреватель, подогреватель, экономайзер и блок котлов, состоит из множества теплоутилизационных элементов.

Перегреватель, подогреватель, блок котлов и экономайзер относится к теплоутилизационным устройствам, который состоят из теплообменных элементов, типично, труб, внутри которых течет нагреваемая вода, пар или и смесь. Между теплообменными элементами остается свободное пространство для потока топочных газов. Когда топочные газы проходят мимо теплообменных элементов, теплота переносится в воду или пар, текущие внутри этих элементов.

Топочные газы, текущие в канале вниз одновременно нагревают перегреватель и второе теплообменное устройство, благодаря чему дымоход при определенной температуре одновременно нагревает и перегреватель, и второе теплообменное устройство.

Следует отметить, что подогреватель и перегреватель в принципе и на практике имеют одинаковые теплопередающие поверхности. Разница заключается в том, что в "реальных" перегревателях (которые в настоящем описании именуются перегревателями) насыщенный пар, выходящий из сухопарника, перегревается пошагово до более высокой температуры (например, до температуры прибл. 515°С) и после последнего этапа такой пар называется горячим. Затем горячий пар поступает в паровую турбину для производства электроэнергии. В подогревателе, в свою очередь, пар, вышедший из турбины, нагревают и возвращают в турбину. Пар из отбора турбины отбирают при заранее определенном давлении и используют, например, для нагревания питательной воды или воздуха для горения. Когда используется подогреватель, пар, остающийся в конце турбины, направляют обратно в котел, в подогреватель, где пар нагревается и нагретый пар направляется в турбину для повышения эффективности производства электроэнергии. Настоящее изобретение также относится к расположению компонентов в котле-утилизаторе, имеющем топку для сжигания отработанного щелока и газоход для топочных газов, содержащий вертикальные каналы для топочных газов, по меньшей мере в части которых установлены теплоутилизационные устройства для утилизации теплоты топочных газов. Теплоутилизационные устройства состоят из теплообменных элементов, и после топки в первом канале для топочных газов установлен перегреватель. В дополнение к перегревателю в канале для топочных газов расположен одно из следующих теплоутилизационных устройств: экономайзер, блок котлов или подогреватель, и элементы нагреваемой поверхности перегревателя и второго теплоутилизационного устройства расположены бок о бок в направлении, поперечном горизонтальному входному направлению топочных газов и так, что в канале для топочных газов эти топочные газы текут в вертикальном направлении сверху вниз и одновременно нагревают и перегреватель, и второе теплоутилизационное устройство, которые расположены параллельно относительно потока топочных газов. Другими словами, элементы перегревателя и элементы второго теплоутилизационного устройства расположены чередуясь в ряду, который проходит поперечно относительно горизонтального входного направления потока топочных газов, а также параллельно передней/задней стенке котла. Например, каждый второй элемент с поверхностью нагрева может быть элементом перегревателя, а каждый первый - элементом экономайзера. Однако количество элементов перегревателя и элементов второго теплоутилизирующего устройства не обязательно должно быть одинаковым, поскольку их соотношение определяется потребностью.

Топочные газы во втором проходе имеют некоторую максимальную скорость, которая на практике определяет размер поверхности нагрева, например, количество труб, образующих поверхность нагрева, и глубину газохода для топочных газов. Когда во втором проходе расположены различные поверхности нагрева параллельно вертикальному потоку топочного газа, их размер, например, количество труб, можно выбирать более свободно, поскольку топочные газы текут вдоль всех из них. Это дает преимущество в отношении стоимости инвестиций и производства электроэнергии в котлах-утилизаторах, в которых стремятся получить наилучшие рабочие характеристики, изменяя размеры разных поверхностей нагрева относительно друг друга с целью максимально уменьшить здание котельной.

Далее, золообдуватели второго прохода расположены параллельно поверхностям нагрева, находящимся в нем, благодаря чему сокращается общее количество золообдувателей и снижается количество пара, необходимое для обдувки по сравнению с котлом, в котором применяются последовательные поверхности, расположенные в разных газоходах для топочного газа.

Другим преимуществом является то, что внутри котла можно разместить больше поверхностей перегревателя, не увеличивая размер здания, благодаря чему с меньшими затратами можно получить большее количество перегретого пара. В этом случае за носом котла и во втором проходе можно разместить больше перегревающих поверхностей, защищенных от излучения, что снижает скорость коррозии. Перегреватели в верхней части котла перед вторым проходом можно укоротить, что улучшает поток топочного газа и повышает эффективность теплообмена в них. Конвекционный теплоперенос становится более эффективным во втором проходе за счет более высокой скорости топочного газа, что позволяет снизить инвестиции в перегреватели.

Согласно варианту изобретения перегреватель и блок котлов расположены в первом канале для топочных газов. Типично, они расположены в направлении входа топочных газов, т.е. в горизонтальном направлении потока, один за другим так, чтобы первым из них был перегреватель. Топочный газ в блоке котлов имеет определенную максимальную скорость, которая на практике определяет количество труб теплопереноса блока котлов и глубину газохода для топочного газа. Когда блок котлов расположен рядом с перегревателем, количество труб в блоке котлов можно выбирать более свободно, поскольку топочные газы текут также и через перегреватель. Это дает преимущество в стоимости инвестиций и при производстве электроэнергии в котлах-утилизаторах, имеющих меньшую потребность в блоке котлов. В известных котлах-утилизаторах содержание сухих твердых частиц в сжигаемом черном щелоке высоко (например, 85%), давление горячего пара составляет например, 110 бар, а его температура составляет 510-520°С и выше, что уменьшает отношение требуемого блока котлов к поверхности перегрева.

Согласно варианту настоящего изобретения перегреватель и экономайзер расположены в первом канале для топочного газа и типично расположены в направлении входа топочного газа один за другим так, что перегреватель является первым из них. Преимущество такого варианта заключается в том, что внутри котла можно разместить большую поверхность экономайзера, не увеличивая размер здания, благодаря чему температуру питательной воды можно повысить в большей степени с меньшими расходами. Таким образом, пространство второго прохода в котлах можно эффективно использовать без необходимости в применении блока котлов.

Охлаждение второго прохода преимущественно можно организовать так, чтобы трубы его стен были соединены специальной трубой с сухопарником котла. Тогда пароводяная смесь течет по стенам второго прохода. Можно также охлаждать стены паром, тогда трубы стен соединяют с первым перегревателем. При паровом охлаждении могут возникнуть трудности с управлением тепловым расширением.

Согласно варианту изобретения перегреватель и подогреватель расположены в первом канале для топочного газа. Они могут быть расположены в направлении входа топочного газа последовательно так, чтобы первым был подогреватель или перегреватель. Подогреватель соединен с паровой турбиной и нагревает ее отработанный пар. Пар возвращается в паровую турбину при более высокой температуре, благодаря чему увеличивается производство электроэнергии, поскольку давление пара можно понизить. Подогреватель котла может быть двухступенчатым. В этом случае подогреватель первой ступени расположен в первом канале для топочного газа (в так называемом втором проходе) вместе с перегревателем. Подогреватель второй ступени расположен в верхней части котла перед вторым проходом. Из подогревателя первой ступени пар течет в подогреватель второй ступени и, далее, в турбину. Установка подогревателя и перегревателя, соединенного с сухопарником котла, в одном и том же канале для топочных газов дает более широкий выбор размеров (количества труб) этих поверхностей нагрева для оптимизации производства пара котлом, не изменяя реальных размеров самого здания.

Согласно варианту настоящего изобретения элементы перегревателя и элементы экономайзера расположены, чередуясь, в первом канале для топочного газа. Таким образом, они расположены бок о бок в ряду, который проходит поперек горизонтального направления входа топочного газа. Элементы поверхности нагрева можно разместить, например, так, чтобы каждый второй элемент являлся элементом перегревателя, а каждый первый - элементом экономайзера. Такое расположение не обязательно должно быть симметричным. Также, количество элементов перегревателя может быть больше или меньше количества элементов экономайзера. Количество и размер элементов зависит от требуемой поверхности нагрева в соответствии со структурой каждого котла и условий процесса.

Согласно варианту настоящего изобретения элементы перегревателя и элементы подогревателя расположены в первом канале для топочных газов. Таким образом, они расположены бок о бок в ряду, который проходит поперек горизонтального направления входа топочного газа. Элементы поверхности нагрева можно разместить, например, так, чтобы каждый второй элемент являлся элементом перегревателя, а каждый первый - элементом подогревателя. Такое расположение не обязательно должно быть симметричным. Также, количество элементов перегревателя может быть больше или меньше количества элементов подогревателя. Количество и размер элементов зависит от требуемой поверхности нагрева в соответствии со структурой каждого котла и условий процесса.

Блок котлов может оказаться ненужным при высоком давлении рабочего пара и при высоком содержании сухих твердых частиц в сжигаемом щелоке. В этом случае можно уменьшить размер дорогого сухопарника, поскольку уменьшается потребность в производительности при разделении фаз. Если целью является доведение до максимума производства электроэнергии на целлюлозном заводе и его эффективности, особенно преимущественным вариантом является применение в котле-утилизаторе подогревателя.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематическая иллюстрация известного химического котла-утилизатора.

Фиг. 2 - предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

Фиг. 3 - второй предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

Фиг. 4 - третий предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

Фиг. 5 - четвертый предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

Фиг. 6 - пятый предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

Фиг. 7 - шестой предпочтительный вариант настоящего изобретения, в котором в так называемом втором проходе газохода для топочных газов химического котла-утилизатора в дополнение к перегревателю установлено второе теплоутилизационное устройство.

На фиг. 2-7 применяются те же ссылочные позиции, что и на фиг. 1, где это уместно.

В варианте по фиг. 2 перегреватели (Т) 20 содорегенерационного котла расположены в верхней части топки, а перегреватель 21 в так называемом втором проходе 22. Топочные газы обтекают перегреватели 20 в основном горизонтально, тогда как в газоходе для топочных газов топочные газы текут по вертикальным каналам поочередно сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 23. В нижней части газохода для топочных газов расположены бункеры 24 для сбора золы.

В дополнение к перегревателю в так называемом втором проходе газохода для топочных газов установлен экономайзер (Е) 25. В канале для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и нагревают перегреватель 21 и экономайзер 25 одновременно. В отношении горизонтального направления потока топочных газов перегреватель 21 и экономайзер 25 расположены последовательно. Перегреватель 21 и экономайзер 25 типично проходят по всей ширине газохода для топочных газов. Топочные газы текут дальше сквозь последовательные каналы для топочных газов, и выходят через выпускное отверстие 26. В дополнение к экономайзеру 25 в канале для топочных газов установлены экономайзеры 27 и 28. Котловая вода подается в экономайзеры по линии 29 и после того, как она пройдет в противоток топочному газу, она выводится из экономайзера 25 так называемого второго прохода и подается в сухопарник 7 котла.

Когда перегреватель и экономайзер расположены во втором проходе рядом друг с другом относительно текущих вниз топочных газов, количество их труб можно выбирать более свободно, поскольку поток топочных газов обтекает все трубы. Это дает преимущество, когда имеется потребность в изменении размеров разных поверхностей нагрева относительно друг друга и сохранять размер котельной минимальным.

Вариант, показанный на фиг. 3 относится к химическому котлу-утилизатору, в котором нужен блок котлов. Перегреватели (Т) 20 расположены в верхней части топки, а перегреватель 21 находится в так называемом втором проходе 22. Топочные газы текут мимо перегревателей 20 в основном горизонтально, а в канале для топочных газов топочные газы текут по вертикальным каналам поочередно сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 23. В нижней части газохода для топочных газов находятся бункеры 24 для сбора золы.

В дополнение к перегревателю в так называемом втором проходе находится блок 30 котлов. В проходе 22 для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и одновременно нагревают перегреватель 21 и блок 30 котлов. Относительно горизонтального направления потока топочных газов перегреватель 21 и блок 30 котлов установлены последовательно. Перегреватель 21 и блок 30 котлов типично проходят по всей ширине газохода для топочных газов. В блоке 30 котлов вода 33 при температуре насыщения, приходящая из сухопарника 7 котла, частично испаряется и переходит в пар 34, который поступает в сухопарник 7.

Топочные газы после второго прохода текут дальше по последовательным каналам для топочных газов и выходят через выпускное отверстие 26. Канал топочных газов дополнительно содержит экономайзеры 31 и 32. Котловая вода подается в экономайзеры по линии 29 и после прохождения в противоток топочному газу, поступает из экономайзера 31, расположенному после так называемого второго прохода, в сухопарник 7 котла.

Размещение перегревателя и блока котлов во втором проходе рядом друг с другом относительно текущего вниз потока топочных газов дает преимущества. Топочные газы в блоке котлов имеют определенную максимальную скорость, которая на практике диктует количество труб блока котлов и глубину газохода для топочных газов. Когда блок котлов расположен рядом с перегревателем, количество труб в блоке котлов можно выбирать более свободно, поскольку топочные газы также текут и в перегревателе. Это дает преимущество в стоимости инвестиций и в производстве электроэнергии в котлах-утилизаторах, имеющих меньшую потребность в блоке котлов. Потребность в блоке котлов снижается при более высоком уровне давления рабочего пара и при высоком содержании сухих твердых частиц в сжигаемом щелоке. С другой стороны, питательная вода требует нагрева до более высокой температуры, поскольку более высокое давление одновременно повышает температуру насыщения, в результате чего размер экономайзера требует увеличения.

Вариант, показанный на фиг. 4, относится к химическому котлу-утилизатору с подогревателем. Перегреватели (Т) 20 и один подогреватель (V) 40 расположены в верхней части топки. Дополнительно, один перегреватель 21 расположен в так называемом втором проходе 22. Топочные газы текут через перегреватели 21 в основном горизонтально, а в канале для топочных газов текут по вертикальным каналам поочередно сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 42. В нижней части газохода для топочных газов установлены бункеры для сбора золы.

В дополнение к перегревателю 21 в так называемом втором проходе газохода для топочных газов установлен подогреватель 41. В канале 22 для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и нагревают перегреватель 21 и подогреватель 41 одновременно. Относительно горизонтального направления потока топочных газов подогреватель 41 и перегреватель 21 расположены последовательно. Перегреватель 21 и экономайзер 41 типично проходят по всей ширине газохода для топочных газов.

Пар поступает в подогреватель 41 от паровой турбины (не показана), отработанный пар от которой подогреватель и подогревает. Отработанный пар подается в подогреватель по линии 46. Из подогревателя 41 пар подается в подогреватель 40, после чего по линии 45 возвращается в турбину.

После второго прохода топочные газы текут дальше через последовательные каналы для топочного газа и выходят через выпускное отверстие 26. В канале для топочных газов дополнительно установлены экономайзеры 43 и 44. Котловая вода подается в эти экономайзеры по линии 29, и после прохождения в противоток топочным газам, поступает из экономайзера 43 после так называемого второго прохода в сухопарник 7 котла.

В варианте по фиг. 5 перегреватели (Т) 20 содорегенерационного котла расположены в верхней части топки, а перегреватель 51 в так называемом втором проходе 22. Топочные газы обтекают перегреватели 20 в основном горизонтально, а в канале для топочных газов топочные газы текут по вертикальным каналам для топочного газа поочередно сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 53. В нижней части газохода для топочных газов расположены бункеры 24 для сбора золы.

В дополнение к перегревателю в так называемом втором проходе 22 имеется экономайзер 52 так, что первый газоход для топочного газа содержит чередующиеся элемент 51 перегревателя и элементы 52 экономайзера. Таким образом, они расположены бок о бок в ряду, проходящем поперечно горизонтально направлению входного потока топочных газов. Можно также сказать, что эти элементы расположены в ряд в направлении передней стенки 11 и задней стенки 10 котла. Перегреватель и экономайзер расположены во втором проходе параллельно относительно текущих вниз топочных газов. На фиг. 5 элементы 51 и 52 с поверхностями нагрева расположены так, что каждый второй элемент является элементом 51 перегревателя, а каждый первый элемент является элементом 52 экономайзера. Расположение элементов не обязательно должно быть симметричным. Количество элементов перегревателя также может быть больше или меньшей количества элементов экономайзера. Количество и размер элементов зависят от требуемой поверхности нагрева в соответствии со структурой котла и условиями процесса.

В канале для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и нагревают элементы 51 перегревателя и элементы 52 экономайзера одновременно. Топочные газы далее текут через последовательные каналы для топочных газов и выходят через выпускное отверстие 26. В дополнение к экономайзеру 52 в канале для топочных газов имеются экономайзеры 27 и 28. Котловая вода подается в экономайзеры Е по линии 29 и, после того как она пройдет в противоток топочным газам, она из элементов экономайзера 52 в так называемом втором проходе, подается в сухопарник 7 котла.

Когда перегреватель и экономайзер расположены во втором проходе параллельно текущему вниз потоку топочных газов, количество их труб можно выбирать более свободно, поскольку топливные газы обтекают все трубы. Это дает преимущество, когда имеется потребность изменить размеры разных поверхностей нагрева относительно друг друга и минимизировать размеры здания котельной.

Вариант по фиг. 6 относится к химическому котлу-утилизатору в котором нужен блок котлов. Перегреватели (Т) 20 расположены в верхней части топки, а перегреватель 61 находится в так называемом втором проходе 22. Топочные газы обтекают перегреватели 20 в основном горизонтально, а в канале для топочных газов топочные газы текут по вертикальным каналам поочередно сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 63. нижней части газохода для топочных газов находятся бункеры для сбора золы.

В дополнение к перегревателю в так называемом втором проходе 22 расположен блок 62 котлов так, что первый газоход для топочных газов имеет чередующиеся элементы 61 перегревателя и элементы 62 экономайзера. Поэтому элементы перегревателя и элементы блока котлов расположены бок о бок в ряд поперек горизонтального направления входящего потока топочных газов. Можно также сказать, что эти элементы расположены в ряд в направлении передней и задней стенки котла. На фиг. 6 элементы 61 и 62 с поверхностями нагрева расположены так, что каждый второй элемент является элементом 61 перегревателя, а каждый первый элемент является элементом 62 блока котлов. Расположение элементов не обязательно должно быть симметричным. Количество элементов перегревателя также может быть больше или меньшей количества элементов экономайзера. Количество и размер элементов зависят от требуемой поверхности нагрева в соответствии со структурой котла и условиями процесса.

В канале 22 для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и нагревают элементы 61 перегревателя и элементы 62 блока котлов одновременно. В элементах 62 блока котлов вода 33 при температуре насыщения, приходящая из сухопарника 7 котла частично испаряется в пар 34, который подается в сухопарник 7.

Топочные газы после второго прохода текут дальше по последовательным каналам для топочных газов и выходят через выходное отверстие 26. В канале топочного газа дополнительно установлены экономайзеры 31 и 32. Котловая вода подается в экономайзеры по линии 29 и после того, как она пройдет в противоток топочному газу, она выводится из экономайзера 25 так называемого второго прохода и подается в сухопарник 7 котла.

Размещение перегревателя и блока котлов во втором проходе рядом друг с другом относительно текущего вниз потока топочных газов дает преимущества. Топочные газы в блоке котлов имеют определенную максимальную скорость, которая на практике диктует количество труб блока котлов и глубину газохода для топочных газов. Когда блок котлов расположен рядом с перегревателем, количество труб в блоке котлов можно выбирать более свободно, поскольку топочные газы также текут и в перегревателе. Это дает преимущество в стоимости инвестиций и в производстве электроэнергии в котлах-утилизаторах, имеющих меньшую потребность в блоке котлов. Потребность в блоке котлов снижается при более высоком уровне давления рабочего пара и при высоком содержании сухих твердых частиц в сжигаемом щелоке. Эффективность нагревания, требуемая для испарения, снижается по мере роста давления пара, а количество топочных газов снижается при более сухом щелоке, подлежащем сжиганию. С другой стороны, питательную воду нужно нагревать до более высокой температуры, поскольку более высокое давление одновременно повышает температуру насыщения, в результате чего размер экономайзера требует увеличения.

Вариант, показанный на фиг. 7, относится к химическому котлу-утилизатору с подогревателем. Перегреватели (Т) 20 и один подогреватель (V) 40 расположены в верхней части топки. Дополнительно в так называемом втором проходе 22 расположен перегреватель 71. Поток топочных газов обтекает перегреватели 20 в основном горизонтально, а в канале для топливных газов топливные газы текут поочередно по вертикальным каналам сверху вниз и снизу вверх, как показано стрелками 73. В нижней части газохода для топочных газов расположены бункеры для сбора золы.

В дополнение к перегревателю в так называемом втором проходе 22 расположен блок 62 котлов так, что первый газоход для топочных газов имеет чередующиеся элементы 61 перегревателя и элементы 62 экономайзера. Поэтому элементы перегревателя и элементы блока котлов расположены бок о бок в ряд поперек горизонтального направления входящего потока топочных газов. Можно также сказать, что эти элементы расположены в ряд в направлении передней и задней стенки котла. На фиг. 7 элементы 71 и 72 с поверхностями нагрева расположены так, что каждый второй элемент является элементом 71 перегревателя, а каждый первый элемент является элементом 72 подогревателя. Расположение элементов не обязательно должно быть симметричным. Количество элементов перегревателя также может быть больше или меньшей количества элементов экономайзера. Количество и размер элементов зависят от требуемой поверхности нагрева в соответствии со структурой котла и условиями процесса.

В канале 22 для топочных газов топочные газы текут вертикально сверху вниз и нагревают элементы 71 перегревателя и элементы 72 подогревателя одновременно. Пар поступает в подогреватель 72 из паровой турбины (не показана), отработанный пар которой он подогревает. Отработанный пар подается в элементы подогревателя по линии 42. Из элементов 72 подогревателя пар подается в подогреватель 40, после чего он возвращается в паровую турбину по линии 45.

Топочные газы после второго прохода текут дальше по последовательным каналам для топочных газов и выходят через выходное отверстие 26. В канале топочного газа дополнительно установлены экономайзеры 43 и 44. Котловая вода подается в экономайзеры по линии 29 и после того, как она пройдет в противоток топочному газу, она выводится из экономайзера 23 после так называемого второго прохода и подается в сухопарник 7 котла.

Хотя вышеприведенное описание относится к вариантам изобретения, которые в свете имеющихся знаний считаются наиболее предпочтительными, специалистам понятно, что в изобретение можно внести многочисленные изменения, не выходящие за наиболее широкие пределы объема, определенного приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к химическому котлу-утилизатору, имеющему топку для сжигания отработанного щелока и газоход, содержащий вертикальные каналы для топочных газов, по меньшей мере в части которых установлены теплоутилизационные устройства для утилизации теплоты топочных газов. Теплоутилизационные устройства имеют ширину, по существу равную ширине газохода, при этом в первом после топки канале для топливных газов установлен перегреватель. В дополнение к перегревателю в первом канале для топочных газов установлено одно из следующих теплоутилизационных устройств: экономайзер, блок котлов или подогреватель. Перегреватель и второе теплоутилизационное устройство расположены один за другим в горизонтальном направлении входа топочных газов, поэтому в канале топочные газы текут вниз в вертикальном направлении и одновременно нагревают перегреватель и второе теплоутилизационное устройство. Так же элементы поверхности нагрева перегревателя и второго теплоутилизационного устройства расположены параллельно в направлении, поперечном горизонтальному входному направлению топочных газов. Это позволяет уменьшить потребность в увеличении размеров здания котла. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Химический котел-утилизатор, имеющий топку для сжигания отработанного щелока и газоход для топочного газа, содержащий вертикальные каналы для топочных газов, по меньшей мере часть которых снабжена теплоутилизационными устройствами для утилизации теплоты топочных газов, при этом такие теплоутилизационные устройства имеют ширину, по существу равную ширине газохода для топочного газа, при этом первый канал для топочного газа из вертикальных каналов для топочных газов после топки снабжен перегревателем, и топочный газ имеет горизонтальное входное направление, когда он протекает от верхней части топки к первому вертикальному каналу для топочного газа, отличающийся тем, что в дополнение к перегревателю первый канал для топочного газа снабжен вторым теплоутилизационным устройством, которое представляет собой одно из следующих теплоутилизационных устройств: экономайзер, блок котлов или подогреватель, и тем, что перегреватель и второе теплоутилизационное устройство расположены один за другим в горизонтальном входном направлении топочного газа так, чтобы в первом канале для топочного газа топочный газ протекал в вертикальном направлении сверху вниз и нагревал перегреватель и второе теплоутилизационное устройство одновременно.

2. Химический котел-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что перегреватель и экономайзер установлены в первом канале для топочного газа и расположены во входном направлении топочного газа один за другим так, чтобы первым из них был перегреватель.

3. Химический котел-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что перегреватель и блок котлов установлены в первом канале для топочного газа и расположены во входном направлении топочного газа один за другим так, чтобы первым из них был перегреватель.

4. Химический котел-утилизаторпо п. 1, отличающийся тем, что перегреватель и подогреватель установлены в первом канале для топочного газа и расположены во входном направлении топочного газа один за другим так, чтобы первым из них был подогреватель или перегреватель.

5. Химический котел-утилизатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что охлаждение первого канала для топочного газа организовано так, что его трубы стены соединены трубной циркуляцией с сухопарником котла для создания в трубах потока пароводяной смеси.

6. Химический котел-утилизатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что охлаждение канала для топочного газа организовано так, что его трубы стены были соединены с перегревателем для создания в трубах потока пара.

7. Химический котел-утилизатор, имеющий топку для сжигания отработанного щелока и газоход для топочного газа, содержащий вертикальные каналы для топочного газа, по меньшей мере часть которых снабжена теплоутилизационными устройствами для утилизации теплоты топочных газов, при этом теплоутилизационные устройства содержат элементы поверхности нагрева, при этом первый канал для топочного газа из вертикальных каналов для топочного газа после топки снабжен перегревателем, и топочный газ имеет горизонтальное входное направление, когда он протекает от верхней части топки к первому вертикальному каналу для топочного газа, отличающийся тем, что в дополнение к перегревателю первый канал для топочного газа снабжен вторым теплоутилизационным устройством, которое представляет собой одно из следующих теплоутилизационных устройств: экономайзер, блок котлов или подогреватель, и тем, что элементы поверхности нагрева перегревателя и второго теплоутилизационного устройства расположены, чередуясь в ряду, который проходит поперечно относительно горизонтального входного направления потока топочного газа, и перегреватель и элементы поверхности нагрева второго теплоутилизационного устройства расположены параллельно потоку топочного газа, текущему в первом канале топочного газа сверху вниз и нагревающего перегреватель и второе теплоутилизационное устройство одновременно.

8. Химический котел-утилизатор по п. 7, отличающийся тем, что первый канал для топочного газа снабжен элементами перегревателя и элементами экономайзера.

9. Химический котел-утилизатор по п. 7, отличающийся тем, что первый канал для топочного газа снабжен элементами перегревателя и элементами блока котлов.

10. Химический котел-утилизатор по п. 7, отличающийся тем, что первый канал для топочного газа снабжен элементами перегревателя и элементами подогревателя.

11. Химический котел-утилизатор по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что охлаждение первого канала для топочного газа организовано так, чтобы его трубы стены были соединены трубной циркуляцией с сухопарником котла для создания в трубах потока пароводяной смеси.

12. Химический котел-утилизатор по любому из пп. 7-11, отличающийся тем, что охлаждение первого канала для топочного газа организовано так, что его трубы стены соединены с перегревателем для создания в трубах потока пара.