Топка кипящего слоя парогазовых установок Советский патент 1992 года по МПК F23C11/02 F01K21/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к топкам кипящего слоя для парогазовых установок, и может найти применение в паротурбинных блоках, особенно при сжигании низкосортных твердых топлив.

Известна топка кипящего слоя для неполного сжигания низкосортного твердого топлива, содержащая зону разложения топлива (газификации) с решеткой для поддер- жания кипящего слоя, камеру продуктов неполного сгорания, внешний циклон для очистки высокотемпературных дымовых газов, а также системы подачи топлива и вывода шлака из зоны газификации топлива. Наряду с образованием газовых продуктов неполного сгорания твердого топлива при работе указанной топки образуется достаточно большое количество окислов азота, которые загрязняют окружающую среду.

Известна также топка кипящего слоя парогазовых установок, содержащая выносной циклон для очистки дымовых газов, а также ограниченные боковыми стенками и разделенные газораспределительной ре- шеткой последовательно расположенные по высоте камеры подвода воздуха и сгорания, при этом последняя имеет расположенную над решеткой зону кипящего слоя и зону неполного сгорания, а также патрубки подвода воздуха в зону неполного сгорания, подачи топлива в зону кипящего слоя и вывода шлака.

Недостатком известной топки кипящего слоя является большой объем выбрасыва- емых вредных веществ, к числу которых следует отнести окислы азота, которые образуются при высоких температурах в присутствии атмосферного воздуха.

Цель изобретения - уменьшение коли- чества вредных выбросов в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что топка кипящего слоя парогазовых установок преимущественно для сжигания низкосортных твердых топлив, содержащая

выносной циклон для очистки дымовых газов и ограниченные боковыми стенками, разделенные газораспределительной решеткой последовательно расположенные по высоте камеры подвода воздуха и сгорания, при этом, последняя имеет расположенную над решеткой зону кипящего слоя и зону неполного сгорания, а также патрубки подвода воздуха в зону неполного сгорания подачи топлива в зону кипящего слоя и вы,- вода шлака, дополнительно снабжена фор-, сунками для впрыска охладителя, тангенциальными ззвихрителями. полым цилиндрическим высокотемпературным воздухоподогревателем и выполнена с воздушной рубашкой охлаждения боковой стенки камеры сгорания, при этом поверхность последней образована двумя соединенными между собой полым коническим переходом соосно расположенными полыми цилиндрами различных диаметров, причем зона кипящего слоя ограничена по высоте цилиндром большего диаметра, форсунки размещены в зоне неполного сгорания, тангенциальные завихрители - в коническом переходе боковой стенки камеры сгорания и подсоединены к патрубку подвода воздуха, а воздухоподогреватель выполнен с тепловой изоляцией на внешней и внутренней поверхности боковой стенки и установлен внутри камер соосно с последними.

Кроме того, воздухоподогреватель выполнен с тепловыми трубками, по всей высоте пронизывающими его боковую стенку, при этом последние в нижней части воздухоподогревателя, ограниченной зоной кипящего слоя, размещены равномерно по высоте в радиально-шахматном порядке, а в верхней - наклонно по отношению к боковой стенке воздухоподогревателя с образованием абриса цилиндрической спирали, а сам воздухоподогреватель снабжен навитой по спирали трубкой подвода и отвода охлаждающей жидкости, размещенной

внутри тепловой изоляции как с внешней, так и с внутренней сторон.

На чертеже показана принципиальная конструктивная схема топки кипящего слоя парогазовых установок.

На чертеже показаны: 1 - основная топка котла, 2 - топка кипящего слоя, 3 L паровая турбина с генератором, 4 - воздушная турбина, 5 - компрессор газотурбинной установки, 6 - генератор ГТУ, 7 - конический переход, 8 - высокотемпературный воздухоподогреватель, 9 - цилиндр большего диаметра 10 - цилиндр меньшего диаметра, 11 - патрубок подачи топлива, 12 - патрубок вывода шлака; 13 - тангенциальные завих- рители, 14 - форсунки впрыска охладителя, 15 - выносной циклон, 16 - газораспределительная решетка, 17 - выходная линия компрессора, 18 - воздушная рубашка охлаждения топки кипящего слоя, 19 - вы- хлоп воздушной турбины, 20 - нижняя часть воздухоподогревателя (регенератор), 21 - трубка подвода и отвода охлаждающей жидкости, 22 - теплоизоляция высокотемпературного воздухоподогревателя, 23 - тепловые трубки, размещенные в зоне кипящего слоя, 24 - тепловые трубки, размещен- ные в камере сгорания, 25 - контур циркуляции охлаждающей жидкости, 26 - воздухопровод от компрессора к завихрите- лям 13, 27 - воздухопровод от компрессора к воздушной рубашке 18 охлаждения топки кипящего слоя, 28 - воздухопровод нагретого рабочего тела к воздушной турбине, 29 - воздухопровод от компрессора к высоко- температурному воздухоподогревателю.

Цилиндр большего диаметра 9, соединенный коническим переходом 7 с цилиндром меньшего диаметра 10, образуют камеру подвода воздуха и камеру сгорания. Причем последняя имеет расположенную над газораспределительной решеткой 16 зону кипящего слоя и зону неполного сгорания. Высокотемпературный воздухоподогреватель 8 пронизывает объем, ограниченный цилиндрами и 10 и расположенный соосно с ними. В зоне конического перехода в стенках выполнены тангенциальные завихрители, а внутри камеры неполного сгорания размещены форсунки для впрыска охладителя. Тепловые трубки пронизывают высокотемпературный воздухоподогреватель в нижней части в радиально-шахматном порядке, а в верхней его части - наклонно по отношению к боко- вой стенке с образованием абриса цилиндрической спирали. Все остальные связи топки кипящего слоя с элементами и блоками парогазовой установки ясны из приведенного чертежа.

Топка кипящего слоя предложенной конструкции включается в состав парогазовой энергетической установки, которая работает следующим образом.

Компрессором 5 ГТУ сжимается атмосферный воздух, по воздухопроводу 29 подается в нижнюю часть топки кипящего слоя и направляется в высокотемпературный воздухоподогреватель 8, где нагревается от тепловых трубок 24, которые при этом передают только тепловой поток из зоны кипящего слоя и зоны неполного сгорания, а в нижней части воздухоподогревателя - тепло от выхлопных газов турбины, которые поступают по воздухопроводу 19 под газораспределительную решетку 16. На этой решетке формируется кипящий слой. В зоне газификации твердого топлива (в кипящий слой топливо поступает по патрубку 11) проходит его газификация, в камере неполного сгорания - его горение. В результате нагревается воздух в высокотемпературном воздухоподогревателе (рабочее тело ГТУ), который поступает на ГТУ (турбину 4) с выработкой электроэнергии в электрогенераторе 6.

Продукт неполного сгорания (в камере неполного сгорания подавляется образование окислов азота подачей в эту зону форсунками 14 охладителя) поднимается и направляется в циклон 15 для очистки. Газы после очистки направляются в основную топку котельного агрегата для полного догорания, утилизации и выработки электроэнергии по обычной схеме. Шлам после очистки в циклоне 15 направляется в зону кипящего слоя, откуда шлак по патрубку 12 выводится.

Часть сжатого воздуха от компрессора 5 по воздухопроводу 26 подается в тангенциальные завихрители 1.3, создающие закрученный поток в зоне неполного сгорания. Вторая часть воздуха от компрессора 5 ГТУ по воздухопроводу 27 подается в воздушную рубашку охлаждения стенок топки кипящего слоя. В контуре циркуляции охлаждающей жидкости (навитой по спирали трубки вокруг стенок -воздухоподогревателя) обеспечивается снижение температуры стенок высокотемпературного воздухоподогревателя и тем самым его работоспособность на протяжении длительного времени.

Таким образом, в топке кипящего слоя парогазовых установок происходит газификация низкосортного твердого топлива с уменьшением вредных выбросов в атмосферу, а продукты газификации могут использоваться для выработки электроэнергии как по схеме ГТУ. так и по схеме ПТУ при ежигании их в основной топке котельного агрегата.

Формула изобретения 1. Топка кипящегб слоя парогазовых установок преимущественно для низкосорт- ных топлив, содержащая выносной циклон для очистки дымовых газов и ограниченные боковыми стенками, разделенные газораспределительной решеткой, последовательно расположенные по высоте камеры подвода воздуха сгорания, последняя имеет расположенную над решеткой зону кипящего слоя и зону неполного сгорания, а также патрубки подвода воздуха в зону неполного сгорания, подачи топлива в зону кипящего слоя и вывода шлака, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу, топка дополнительно снабжена форсунками для впрыска охладителя, тангенциальными за- вихрителями, полым цилиндрическим высокотемпературным воздухоподогревателем, и выполнена с воздушной рубашкой охлаждения боковой стенки камеры сгорания, поверхность последней образована двумя соединенными между собой полым коническим переходом соосно расположенными полыми цилиндрами различных диаметров,

причем зона кипящего слоя ограничена по высоте цилиндром с большим диаметром, форсунки размещены в зоне непспного сгорания, тангенциальные завихрители - в коническом переходе боковой стенки камеры сгорания и подсоединены к патрубку подвода воздуха, а воздухоподогреватель выполнен с тепловой изоляцией на внешней и внутренней поверхностях боковой стенки и установлен внутри камер соосно с последними,

2.Топка по п. 1, отличающаяся тем, что воздухоподогреватель выполнен с тепловыми трубками, по всей высоте пронизывающими его боковую стенку, последние в нижней части воздухоподогревателя, ограниченной зоной кипящего слоя, размещены равномерно по высоте в радиально-шахматном порядке, а в верхней - наклонно по отношению к боковой стенке воздухоподогревателя с образованием абриса цилиндрической спирали.

3.Топка по п. 1, отличающаяся тем, что воздухоподогреватель снабжен навитой по спирали по всей высоте последнего трубкой подвода и отвода охлаждающей жидкости, размещенной внутри слоя тепловой изоляции.

Использование: в теплоэнергетике, в частности в топках кипящего слоя для парогазовых установок, преимущественно при сжигании низкосортных твердых топлив. Сущность изобретения: Топка содержит камеры подвода воздуха и сгорания, разделенные газораспределительной решеткой. Поверхность боковой стенки камеры сгорания образована соединенными коническим яереходом соосно расположенными цилиндрами большего и меньшего диаметров со- Ответственно и снабжена воздушной рубашкой охлаждения. Вдоль оси и по всей

Редактор И. Касарда

Техред М.Моргентал

Заказ 2985ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитету по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Корректор А. Мотыль