EA006130B1 - Горизонтальный цилиндрический жаротрубно-дымогарный котел с топкой кипящего слоя - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике. Изобретение позволяет повысить надежность работы котла, его КПД и производительность, а также снизить трудоемкость процесса изготовления котла. Горизонтальный жаротрубно-дымогарный котел содержит омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива. Каждый из воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к жаровой трубе, а по торцевым граням, приваренным к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам, и участком жаровой трубы, к которому приварен этот швеллер. Выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, при этом к стойке первого швеллера приварен краями своих полок второй швеллер, по торцевым граням приваренный также к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам. Таким образом, обеспечивается оптимальное воздухораспределение в слое топлива, улучшается перемешивание частиц топлива в слое и снижаются потери топлива из-за химической и механической неполноты сгорания, т.е. повышается КПД котла и его производительность.

Description

Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике.

Известен горизонтальный цилиндрический жаротрубно-дымогарный котел, содержащий омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива. (Еигореап Ра1сп1 8ресШсайои, Войег апб сошЬийюи шеаик (йсгсГогс. рцЬБсабои иишЬег 0 005 964, 07.03.84, Е 23С 11/02, Е 22В 31/00, Е 24 Н 9/18, Е 27 В 15/10, В 01 1 8/18). Воздухораспределительная решетка выполнена из нескольких горизонтальных труб, параллельных продольной оси котла, вваренных в стенку, ограничивающую жаровую трубу с фронта котла. Указанные выходы образованы отверстиями, продольно расположенными в стенке трубы. Каждая труба образует воздушный канал воздухораспределительной решетки.

Недостатком котла является его низкая надежность, т.к. трубы охлаждаются только протекающим в них воздухом и подвержены интенсивной высокотемпературной коррозии и высокотемпературным деформациям, особенно при остановках котла или при работе котла при минимальных нагрузках, когда расход протекающего по трубам дутьевого воздуха также минимален. Кроме того, низкая надежность котла обусловлена неизбежным забиванием отдельных отверстий для прохода воздуха частицами, составляющими кипящий слой (частицы топлива и инертного материала, например золы). Из-за забивания некоторых отверстий для прохода воздуха частицами топлива и золы нарушается равномерность распределения воздуха в слое, ухудшается перемешивание частиц топлива в объеме слоя, что приводит к росту потерь топлива от химической и механической неполноты горения, снижению КПД котла и его производительности.

Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является горизонтальный цилиндрический жаротрубно-дымогарный котел, содержащий омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива. (ИК Ра1еп1 ЛррйсаНои СВ 2 132 110 А, 04.07.84, Е 23С 11/02, Е 28В 15/16).

В отличие от вышеописанного котла воздухораспределительная решетка здесь выполнена из полутруб или и-образных труб, а выходы для подачи воздуха под слой топлива выполнены в виде отверстий в этих полутрубах, расположенных двумя продольными рядами, проходящими по обе стороны от оси поперечного сечения каждой полутрубы или И-образной трубы, причем полутрубы или И-образные трубы параллельны продольной оси котла и приварены по своим образующим к жаровой трубе. Таким образом, воздушные каналы решетки образованы полутрубой и участком жаровой трубы, к которому приварена полутруба. Как и в вышеописанном котле, воздушные каналы соединены с дутьевым вентилятором.

Недостатком котла является его низкая надежность, т.к. полутрубы или И-образные трубы охлаждаются недостаточно и могут быть подвергнуты высокотемпературной коррозии и высокотемпературной деформации, особенно при остановках котла или работе при минимальных нагрузках, когда расход протекающего по воздухоподающим трубам воздуха минимален. Кроме того, деформация полутруб или Иобразных труб, которая может наблюдаться из-за их быстрого прогрева и недостаточного охлаждения, может вызвать отрыв их от жаровой трубы с нарушением целостности самой жаровой трубы. Отверстия в воздухоподающих полутрубах или И-образных трубах также могут забиваться частицами, составляющими кипящий слой, что нарушает равномерность распределения воздуха в слое топлива, ухудшает перемешивание частиц топлива в слое, а это, в свою очередь, увеличивает потери топлива из-за химической и механической неполноты горения, снижает КПД котла и его производительность. Кроме того, процесс изготовления полутруб или И-образных труб представляет собой довольно сложную операцию, при которой, как правило, разрезают целую трубу по образующим.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы котла, его КПД и производительности, а также снижение трудоемкости процесса изготовления котла.

Указанная техническая задача решается тем, что в горизонтальном жаротрубно-дымогарном котле, содержащем омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива, каждый из воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к жаровой трубе, а по торцевым граням приваренным к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам, и участком жаровой трубы, к которому приварен этот швеллер, а выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, при этом к стойке первого швеллера приварен краями своих полок второй швеллер, по торцевым граням приваренный также к ограничивающим жаровую трубу передней и задней

- 1 006130 стенкам. Благодаря использованию швеллера для формирования воздушного канала отпадает необходимость разрезать готовую трубу. Результатом является снижение трудоемкости процесса изготовления котла. Далее, благодаря выполнению отверстий в полке швеллера, обращенной к центру котла, существенно снижена вероятность попадания в них частиц топлива и золы. Благодаря наличию второго швеллера предотвращается прогорание воздухораспределительной решетки из-за высоких температур в топке котла, а также ее коробление и высокотемпературная коррозия. Особенно сильно этот результат проявляется в предпочтительном варианте выполнения изобретения, в котором с помощью подводящей и отводящей труб, врезанных в ограничивающие жаровую трубу стенки, пространство между вторым и первым швеллерами соединено с водяным объемом котла.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения отношение длин стоек первого и второго швеллеров равно 1,5-2,0. При таком соотношении улучшается воздухораспределение и перемешивание частиц топлива в слое, что приводит к повышению КПД котла и его производительности. Кроме того, при указанном соотношении улучшается охлаждение первого швеллера и повышается надежность котла.

Предпочтительно, воздухораспределительная решетка имеет два воздушных канала, образованных, соответственно, двумя первыми швеллерами. В этом случае расстояние между перфорированными полками двух обращенных друг к другу швеллеров предпочтительно составляет 0,4-0,6 диаметра жаровой трубы. При таком расстоянии попадание в отверстия частиц топлива и золы практически исключено.

На чертеже представлен предлагаемый котел.

Котел содержит горизонтальный корпус 1, в котором размещены жаровая труба 2, ограниченная передней 3 и задней 4 стенками, связанная с системой дымогарных труб 5. Пространство между корпусом 1, жаровой трубой 2 и дымогарными трубами 5 заполнено водой. В нижней части жаровой трубы 2 расположена топка с кипящим слоем 6, воздухораспределительная решетка которой выполнена в виде двух параллельных продольной оси котла ступенчатых конструкций 7. Каждая из этих конструкций 7 состоит из двух швеллеров: первого 8, образующего воздушный канал, и второго 9 меньшего размера, причем второй швеллер 9 с помощью подводящей трубы 10 и отводящей трубы 11, врезанных в стенки 3 и 4 соответственно, связаны с водяным контуром котла, а нижний швеллер 8 с помощью воздухоподводящих труб 12 связаны с дутьевым вентилятором (не показан) и имеет отверстия 13, служащие выходами воздушного канала для подачи воздуха под слой топлива. На торцевых и боковой стенках корпуса котла 1 размещены дверца 14 для подачи в котел топлива и удаления золы и шлака и патрубок для удаления дымовых газов 15, а также патрубки для подвода 16 и отвода 17 нагреваемой в котле воды.

Котел работает следующим образом. Через патрубок 16 котел заполняется водой, в топку котла 6 подается через дверцу 14 растопочное топливо (дрова), после прогорания которого через ту же дверцу 14 начинается подача основного топлива (мелкозернистого угля или древесных гранул - пеллет). При этом включается дутьевой вентилятор, от которого по воздухоподводящим трубам 12 дутьевой воздух поступает вначале под первый швеллер 8, а из него через отверстия 13 в полке этого швеллера под слой горящего в топке 6 топлива, переводя его в псевдоожиженное состояние. Топочные газы, образующиеся при сжигании топлива, двигаясь по системе дымогарных труб 5, охлаждаются и удаляются по патрубку для удаления дымовых газов 15 в дымовую трубу (не показана на фиг. 1), вода, омывая наружную поверхность жаровой трубы и дымогарных труб, нагревается и через патрубок отвода 17 направляется к потребителю. Зола и шлак от сгоревшего топлива периодически удаляются из топки с кипящим слоем 6 через дверцу 14. При заполнении котла водой через подводящую трубу 10 заполнится водой пространство между вторым 9 и первым 8 швеллерами, при сжигании топлива эта вода нагревается и удаляется по отводящей трубе 11 в водяной контур котла, тем самым исключается прогорание воздухораспределительной решетки из-за высоких температур в топке котла, а также ее коробление и высокотемпературная коррозия. Ступенчатая конструкция воздухораспределительной решетки препятствует воздуху, выходящему из отверстий швеллеров, проходить вблизи них (где порозность слоя топлива высока, а его гидравлическое сопротивление низко) без контакта с основной массой топлива. Это обеспечивает оптимальное воздухораспределение в слое, улучшает перемешивание частиц топлива в слое и снижает потери топлива из-за химической и механической неполноты сгорания, т. е. повышает КПД котла и его производительность. При этом отношение длин стоек первого и второго швеллеров, равное 1,5-2,0, является оптимальным, т. к. при уменьшении этого соотношения повышается вероятность проскока воздуха вблизи швеллеров из-за высокой локальной порозности, что ухудшает воздухораспределение и перемешивание частиц топлива в слое, что приводит к возрастанию потерь топлива от химической и механической неполноты сгорания и снижению КПД котла и его производительности. При увеличении этого соотношения ухудшаются условия охлаждения первого швеллера 8, т.к. доля его поверхности, омываемая водой, уменьшается, что может вызвать его прогорание, коробление и высокотемпературную коррозию. Расстояние между перфорированными полками двух обращенных друг к другу швеллеров, равное 0,4-0,6 диаметра жаровой трубы является оптимальным, т. к. при таком расположении швеллеров отверстия для прохода воздуха в первых швеллерах 8 расположены под таким углом к горизонту, что практически исключается попадание в них и забивание их кусочками топлива и золы. При уменьшении этого соотношения угол наклона отверстий воздуха в нижних швеллерах 8 к горизонту уменьшается и вероятность попадания частиц топлива и золы в эти отверстия и забивание этих отверстий частицами топлива и золы повышает- 2 006130 ся. При увеличении этого соотношения повышается вероятность того, что слой топлива между двумя воздухораспределительными конструкциями не перейдет в псевдоожиженное состояние, что увеличит потери топлива от химической и механической неполноты сгорания, снизит КПД котла и его производительность либо для перевода этого слоя в псевдоожиженное состояние надо будет увеличить дальнобойность струй воздуха, вытекающих из отверстий в швеллерах 8, что потребует увеличения напора дутьевого вентилятора и, соответственно, увеличения мощности его электропривода.

Claims (5)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Г оризонтальный жаротрубно-дымогарный котел, содержащий омываемые водой жаровую трубу, ограниченную передней и задней стенками, и систему дымогарных труб, связанную с жаровой трубой по газовому тракту, причем в нижней части жаровой трубы размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива, отличающийся тем, что каждый из воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к жаровой трубе, а по торцевым граням приваренным к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам, и участком жаровой трубы, к которому приварен этот швеллер, а выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, при этом к стойке первого швеллера приварен краями своих полок второй швеллер, по торцевым граням приваренный также к ограничивающим жаровую трубу передней и задней стенкам.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что с помощью подводящих и отводящих трубопроводов, врезанных в ограничивающие жаровую трубу переднюю и заднюю стенки, пространство между первым и вторым швеллерами соединено с водяным объемом котла.

3. Котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что отношение длин полок первого и второго швеллеров лежит в пределах 1,5-2,0.

4. Котел по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что воздухораспределительная решетка имеет два воздушных канала, образованных, соответственно, двумя первыми швеллерами.

5. Котел по п.4, отличающийся тем, что расстояние между обращенными друг к другу перфорированными полками двух первых швеллеров равно 0,4-0,6 диаметра жаровой трубы.