EA000099B1 - Паровой котел с сжиганием под давлением циркулирующего псевдоожиженного слоя - Google Patents

Description

Изобретение относится к паровым котлам, а более точно касается котлов с сжиганием под давлением циркулирующего псевдоожиженного слоя.

Этот котел является частью комбинированной газопаровой силовой установки, вследствие чего топочные газы, образующиеся в камере сжигания псевдоожиженного слоя, передаются к газовой турбине после высокотемпературной очистки газов, а температура псевдоожиженного слоя поддерживается от 800 до 1000°С. В этом комбинированном процессе выгодные свойства процессов сжигания и эмиссии циркулирующего псевдоожиженного слоя, выполняемых при высоком давлении, и характеристики специального теплораспределения, возникающего при охлаждении топочного газа и твердых материалов, могут быть согласованы с принципом действия газовой турбины, что обеспечивает оптимальное использование энергии.

Цель изобретения заключается в том, чтобы выгодно согласовать отдельные реакторные и теплообменные узлы котла.

Эта цель достигается в паровом котле согласно уровню техники с отличительными признаками в соответствии с изобретением, которые изложены в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные воплощения изобретения являются предметами изобретения зависимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение предусматривает создание установки, требующей относительно небольшого пространства и малого расхода материалов. Более того, характеристики реакции сжигания с низким загрязнением, включая неизбежные допустимые отклонения, считаются независимыми друг от друга с точки зрения процесса и независимыми от отдельных различных характеристик переноса твердых материалов и теплообмена, также с учетом неизбежных допустимых отклонений, и все это приводит к особой гибкости установки, которая устойчива в широком диапазоне нагрузок и может работать при любом параметре пара. Дополнительное преимущество заключается в удобной для пользователя пригодности к эксплуатации при экстремальных параметрах пара посредством использования высоколегированных сплавов в области умеренных температур впускного устройства в сочетании с экстремально малым количеством материала. Нынешние ограничения, свойственные котлам известной конструкции с упругим топливом, которые проистекают от имеющейся нагрузочной способности труб и технических характеристик их материалов, вследствие этого более не существуют.

На чертеже показан пример воплощения изобретения, который будет дополнительно описан ниже. Чертеж схематически отображает вид котла.

Из комбинированной газопаровой установки показан только котел. Котел нагревается путем сжигания циркулирующего псевдоожиженного слоя и имеет в своем составе камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя. Камера 1 сжигания псевдоожиженного слоя ограничена стенками 2 герметично приваренных газом друг к другу труб. Поперечное сечение камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя в нижней части двух противоположных стенок сужается книзу по конусу (не показано на чертеже). Стенки 2 трубок камеры 1 псевдоожиженного слоя покрывают керамикой, особенно в нижней, обогащенной твердыми материалами части, чтобы предотвратить износ труб. Однако, верхнюю часть камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя, которая меньше нагружается твердыми материалами, также можно снабжать керамическим покрытием, которое имеет хорошие характеристики теплопередачи, для защиты ее от истирания твердыми материалами. Внутри камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя теплообменные поверхности не предусматривают. Камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя в нижней части закрывают днищем 3 с патрубком. По меньшей мере, один соединительный трубопровод 4, каждый из которых соответственно ведет к циклону 5, подключают к камере 1 сжигания псевдоожиженного слоя. В циклоне 5 взвешенные твердые материалы отделяются от топочного газа, а свободный от твердых материалов газ направляется к высокотемпературному газовому фильтру через углубленный в циклон 5 трубопровод 6 и без охлаждения выходит к не показанной газотурбинной установке.

Выпуск твердых материалов из циклона 5 открывается в углубленный резервуар 8, снабженный днищем 7 с патрубком, причем резервуар функционирует преимущественно как сифон, а также как запорный клапан обратного потока твердых частиц, исключая замкнутый контур на стороне топочного газа между камерой 1 сжигания псевдоожиженного газа и циклоном 5. Открытая сторона углубленного резервуара 8 снабжена выпускным затвором и соединена с возвратным трубопроводом 1 0. Возвратный трубопровод 1 0 открывается в камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя.

Углубленный резервуар 8 снабжен отверстием для удаления части основного обратного потока твердого материала, при этом отверстие может быть закрыто управляющим элементом 11. Управляющий элемент 11 может управляться извне ланцетообразным клапаном, снабженным керамической или металлической защитой от износа и теплозащитой. Однако можно использовать выпускной затвор, приводимый в действие пневматически воздухом для сжигания, а кромка выпуска затвора может быть горизонтальной или наклонной. Управление потоком воздуха может быть непрерывным, перио3 дическим или импульсным. Высота кромки выпуска может быть фиксированной или может регулироваться относительно высоты выпуска углубленного резервуара 8.

Вторичный поток твердых материалов, который выделяется из углубленного резервуара 8 с помощью управляющего элемента 11, направляется в охладитель 12 псевдоожиженного слоя, который расположен ниже углубленного резервуара 8. Охладитель 12 втекающего слоя имеет в своем составе несколько камер 13, которые отделены разделительной стенкой 14. Каждая камера 1 3 охладителя 1 2 псевдоожиженного слоя снабжена пучком 15 теплообменных труб. Под каждой камерой 13 предусмотрено днище с патрубком, через который подается воздух для псевдоожижения твердых материалов, содержащихся в камере 13. Днища с патрубками камер 1 3 могут снабжаться ожижающим воздухом от одного источника или от отдельных источников. В рассматриваемом случае две камеры 1 3 расположены бок о бок. Камеры 1 3 могут быть также расположены одна над другой, особенно, когда необходима более высокая производительность. Поток твердых материалов через камеры 1 3 может быть восходящим или нисходящим. Камеры 1 3 показанного охладителя 1 2 псевдоожиженного слоя соединены друг с другом ниже пучков 1 5 теплообменных труб с помощью отверстия 17 в разделительной стенке 14. Таким образом, нисходящий поток, создаваемый в первой камере 13, воздействует на твердые материалы и восходящий поток в камере 1 3 впоследствии воздействует на те же твердые материалы. Также можно путем соответствующего выбора высоты расположения затвора в разделительной стенке 1 4 между камерами 1 3 направить частичный поток твердых материалов книзу и прямо ввести поток твердых материалов в последующие камеры 13.

Выходной конец последней воздействующей камеры соединен с возвратным трубопроводом 10. Таким образом, твердые материалы, как и сжижающий воздух, направляются из охладителя 1 2 псевдоожиженного слоя и из углубленного резервуара 8 через возвратный трубопровод 1 0 в камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя. Твердые материалы, перенесенные из камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя в циклон 5, используются в качестве теплоносителя, из которого теплота извлекается в охладителе 1 2 псевдоожиженного слоя с помощью сжижающего воздуха, который является частью воздуха для сжигания. При этом твердые материалы обладают высокой теплопередающей способностью, вследствие чего большое количество теплоты может быть передано с наименьших теплопередающих поверхностей. Охлажденные таким путем твердые материалы после отдачи теплоты полностью или частично смешиваются с обратным потоком неохлажденных материалов и возвращаются в камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя. Циклон 5, углубленный резервуар 8, охладитель 12 псевдоожиженного слоя, соединительный трубопровод 4 и трубопровод 10 обратного потока, как и камера 1 сжигания псевдоожиженного слоя, ограничены стенками герметично приваренных газом друг к другу труб. Стенки труб изготовлены из плоских панелей и образуют многоугольник, в силу чего наименьшее число углов равно четырем. Стенки труб защищены от нежелательной деформации соответствующими наружными армированными бандажами.

Для компенсации высокого давления газового контура газовой турбины отдельные узлы котла помещены в отдельные цилиндрические сосуды высокого давления с предпочтительно вертикальной осью. Первый сосуд 1 8 высокого давления окружает камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя. Дополнительный сосуд 19 высокого давления охватывает соответственно циклон 5 с расположенным ниже углубленным резервуаром 8 и охладителем 1 2 псевдоожиженного слоя. Циклон 5, углубленный резервуар 8 и охладитель 12 псевдоожиженного слоя объединены в агрегат, который подвешен в соответствующем сосуде 1 9 высокого давления с помощью анкеров 20.

Цилиндрические сосуды 18, 19 высокого давления соединены цилиндрическими коробами 21, 22, имеющими горизонтальную или наклонную ось. Внутри этих коробов 21, 22 расположены соединительные трубопроводы 4 и возвратные трубопроводы 1 0, имеющие трубчатую форму, для переноса жидких и твердых материалов из камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя в другие узлы и обратно. Эти трубопроводы 4, 1 0, имеющие трубчатую форму, в то же самое время обеспечивают соединение между системами труб, находящимися в сосудах 18, 1 9 высокого давления.

Промежуточное пространство между сосудами 18, 19 и узлами, расположенными в них и окруженными стенками герметичных труб, поддерживается под несколько более высоким давлением относительно рабочего давления газа внутри узлов. Это избыточное давление создается наддувом блокирующего воздуха из компрессора газовой турбины присоединенной газотурбинной установки в промежуточное пространство с помощью воздухопровода 25 с управляющим клапаном 23. В то же время блокирующий воздух служит вторичным воздухом для сжигания псевдоожиженного слоя. Для этой цели предусмотрены патрубки 24 вторичного воздуха, которые проходят через стенки 2 трубы в верхней части камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя, открываются в промежуточное пространство и снабжаются запорным клапанным приспособлением обратного потока, которое не показано. Избыточное давление регулируется с помощью патрубков 24 вторичного воздуха, и из-за динамического сопротивления камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя предпочтительно автоматическое регулирование. В специальных случаях избыточное давление может регулироваться с помощью регулирующего приспособления. Остаточные потоки воздуха, такие, как первичный и сжижающий воздух для камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя и сжижающий воздух для углубленного резервуара 8 и охладителя 12 псевдоожиженного слоя, обязательно подводятся к индивидуальным днищам 3, 7, 16 с патрубками посредством отдельных воздухопроводов 26, 27, 28 соответственно.

Трубы из отдельных трубных стенок на стороне вода/пар соединяются последовательно и включаются в общий контур водяного пара. Этот контур вода/пар работает в режиме непрерывного потока согласно принципу Бенсона. Последовательное соединение в контуре вода/пар осуществляется таким образом, что поток предпочтительно проходит, во-первых, через трубные стенки одного охладителя 1 2 псевдоожиженного слоя и присоединенного циклона 5 с углубленным резервуаром 8, а затем без промежуточного коллектора через соединительный трубопровод 4 и возвратный трубопровод 10, который расположен в том же сосуде 19 высокого давления. Таким путем смесь вода/пар, переносимая в системе труб, направляется без дополнительных соединительных трубопроводов в камеру 1 сжигания псевдоожиженного слоя. Вторая группа узлов, состоящая из охладителя псевдоожиженного слоя и циклона, подключается в обратной последовательности к системе труб камеры сжигания псевдоожиженного слоя с многократными восходящими и нисходящими потоками. После этого следуют пучки 1 5 теплообменных труб охладителя 1 2 псевдоожиженного слоя, которые функционируют как дополнительные испарители и как пароперегреватели. Экономайзер устанавливают на выпуске теплового котла после газовой турбины.

Claims (11)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Котел с сжиганием под давлением циркулирующего псевдоожиженного слоя, состоящий из камеры 1 сжигания псевдоожиженного слоя, по меньшей мере, одного циклона (5), связанного соединительным трубопроводом (4) на стороне 2 топочного газа и последовательно после камеры (1) сжигания псевдоожиженного слоя, из соединенного последовательно с каждым циклоном (5) охладителя (12) псевдоожиженного слоя, который связан, с одной стороны, посредством углубленного резервуара (8) с выпуском твердых материалов из циклона (5) и, с другой стороны, с камерой (1 ) сжигания псевдоожиженного слоя, из трубопровода (10) обратного потока, который соединен с углубленным резервуаром (8) и открывается в камеру (1) сжигания псевдоожиженного слоя, и из сосудов (18, 19) высокого давления, которые охватывают камеру (1) сжигания псевдоожиженного слоя, циклон (5) и охладитель (12) псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что охладитель (12) псевдоожиженного слоя, углубленный резервуар (8) и циклон (5) объединены в один агрегат и помещены в общий сосуд (19) высокого давления.
2. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что агрегат, образованный охладителем (12) псевдоожиженного слоя, циклоном (5) и углубленным резервуаром (8), подвешен в соответственном охватывающем сосуде (19) высокого давления.
3. 3. Котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что охладитель (12) псевдоожиженного слоя состоит из нескольких камер (13), последняя из которых соединена с возвратным трубопроводом (10), который соединен с углубленным резервуаром (8).
4. 4. Котел по одному из пп. с 1 по 3, отличающийся тем, что пространство над углубленным резервуаром (8) и пространство над охладителем (12) псевдоожиженного слоя соединены с возвратным трубопроводом (1 0).
5. 5. Котел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что охладитель (12) псевдоожиженного слоя, циклон (5), углубленный резервуар (8), возвратный трубопровод (10), соединительный трубопровод (4) и камера (1 ) сжигания псевдоожиженного слоя ограничены стенками (2) труб, герметично соединенных друг с другом посредством газовой сварки, и эти стенки труб на стороне вода/пар включены последовательно в общий контур вода/пар, который функционирует в режиме непрерывного потока.
6. 6. Котел по п.5, отличающийся тем, что стенки (2) труб соединены непосредственно без установки промежуточных коллекторов между ними.
7. 7. Котел по одному из пп. с 1 по 6, отличающийся тем, что трубы объединены таким образом, что трубы с нисходящим потоком всегда примыкают к трубам с восходящим потоком.
8. 8. Котел по одному из пп. с 1 по 7, отличающийся тем, что сосуды (18, 19) высокого давления соединены горизонтальными или наклонными коробами (21 , 22), в которых размещены соединительный трубопровод (4) или возвратный трубопровод (10), а соединительный трубопровод (4) и возвратный трубопровод (1 0) связывают системы труб, расположенные в сосудах (18, 19) высокого давления.
9. 9. Котел по одному из пп. с 1 по 8, отличающийся тем, что патрубки (24) вторичного воздуха открыты в камеру (1 ) сжигания псевдоожиженного слоя, при этом патрубки открыты в промежуточное пространство между внутренней стенкой сосуда (18) высокого давления и стенкой (2) трубы камеры (1) сжигания псевдо7 ожиженного слоя и снабжены приспособлениями для блокировки обратного потока.
10. 10. Котел по одному из пп. с 1 по 9, отличающийся тем, что камера (1) сжигания псевдоожиженного слоя, углубленные резервуары (8) и охладитель (12) псевдоожиженного слоя снабжены соответственно днищами (3, 7, 16) с патрубками, снабженными соответственно отдельными воздухоподводящими трубопроводами (26, 27, 28).
11. 11 . Котел по одному из пп. с 1 по 1 0, отличающийся тем, что он соединен газотурбинной системой, компрессор которой связан с промежуточным пространством между агрегатами и соответственно охватывающими их сосудами (1 8, 1 9) высокого давления с возможностью обеспечения воздействия на эти промежуточные пространства предпочтительно без регулирования избыточным давлением воздуха, являющегося результатом действия газотурбинной системы, до патрубков (24) вторичного воздуха.