EA018758B1

EA018758B1 - Котел водогрейный

Info

Publication number: EA018758B1
Application number: EA201000929A
Authority: EA
Inventors: Семен Михайлович Добкин; Валентин Алексеевич Бородуля
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-05-15
Publication date: 2013-10-30
Also published as: EA201000929A1

Abstract

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике для нужд отопления и горячего водоснабжения. Технический результат - повышение коэффициента полезного использования энергии низкокалорийных местных топливных ресурсов (торфа, отходов древесины и пр.). Котел 1 характеризуется тем, что в верхней части топки 3 установлена крышка 12 с тремя дымоходами 13, а между обечайкой 2 и корпусом топки 3 кипящего слоя 4 выполнен одно- или трехзаходный спиральный канал 14 охлаждения топки с патрубком 15 для ввода ожижающего агента с возможностью его предварительного подогрева. Спиральный канал 14 воздуховодом 17 соединен с блоком 16 водяных калориферов с возможностью регулировки температуры ожижающего агента перед подачей его под распределительную решетку 5 на горение. В нижней части топки выполнен патрубок 19 ввода инертного теплоносителя 20, который трубой 21 спирального шнека 22 соединен с выпускным патрубком 23 зольника 24 системы отвода золы 11. Бункер 26 зольника 24 кинематически связан со шнеком 27 транспортера системы отвода золы из топки отработанного инертного теплоносителя 20. Теплообменник 8 выполнен в виде отдельно размещенного блока с вертикальным теплоизолированным корпусом 30, в верхнюю и нижнюю части которого вварены патрубки подачи 31 и отвода 32 воды. В нижней части корпус 30 теплообменника 8 содержит выходную камеру 36 для удаления дымовых газов, связанную с дымососом 40 системы отвода дымовых газов. Дымосос 40 через блок циклонов 42 соединен с дымовой тубой 45 и линией 41 рециркуляции дымовых газов, которая подключена в системе подачи ожижающего агента в топку 3 кипящего слоя 4.

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике для нужд отопления и горячего водоснабжения, в частности для нагрева воды в системах отопления и в качестве промежуточного теплоносителя для горячего водоснабжения жилых, производственных и административных зданий.

Из уровня техники известен ряд устройств с топкой кипящего слоя для подогрева воды и генерации пара, работающих на твердом топливе [1, 2, 3, 4, 5]. Так, предложена топка [1] для сжигания топлива в кипящем слое инертного материала, содержащая камеру сгорания с золоотводящим устройством, горизонтальную распределительную решетку, выходной газовый патрубок и забрасыватель топлива, размещенный между верхним и нижним теплообменниками.

В патентном источнике [2] описан жаротрубный котел с топкой, содержащей водяную рубашку охлаждения. На распределительной решетке размещен кипящий слой, в который погружен пучок перекрещивающихся наклонных труб, подключенных к водяной рубашке. Котел снабжен коническим распределителем топлива, защитным колпачком и вертикальными перегородками. Распределитель топлива выполнен в виде конического рассекателя с радиальными вырезами.

Известен котел для сжигания топлива в псевдоожиженном слое, содержащий горизонтальную цилиндрическую камеру с водоохлаждаемыми стенками [3]. В нижней части камеры размещена воздухораспределительная решетка, а камера снабжена двумя продольными рядами водоохлаждаемых вертикальных труб. Воздухораспределительная решетка расположена между рядами упомянутых труб и выполнена из нескольких параллельных друг другу и продольной оси камеры с псевдоожиженным слоем перфорированных профилей. Водоохлаждаемые трубы установлены наклонно к вертикальной оси и центру котла. Профили воздухораспределительной решетки имеют перфорацию только с одной и той же для всех профилей стороны по ходу или против хода часовой стрелки.

Известен также котел с двумя топками кипящего слоя и двумя распределительными решетками [4]. Котел выполнен водоохлаждаемым, топки расположенными одна над другой, а распределительные решетки погружены в слой теплообменными поверхностями. Распределительная решетка верхней топки выполнена в виде двух смещенных по высоте рядов труб. Трубы скомпонованы в каждом ряду в группы с образованием между последними и трубами зазоров. Группы труб соседних рядов расположены со взаимным смещением и перекрытием в свету зазоров между группами каждого соседнего ряда, причем зазор между трубами в каждой группе меньше размера частиц неожижаемой фракции топлива. Устройство подачи топлива снабжено питателем с бункером, установлено над кипящим слоем верхней топки. Питатель выполнен в виде наклонной течки, имеющей на нижней стенке выходного участка выступы, расположенные в шахматном порядке, и снабжен приводом возвратно-поступательного перемещения над поверхностью слоя.

Недостатком известных конструкций котлов является размещение элементов теплообменных устройств непосредственно в топке кипящего слоя, что ужесточает требования к жаростойкости материалов теплообменников и снижает межремонтный срок эксплуатации котлов в целом.

Наиболее близка к предлагаемому техническому решению топка кипящего слоя для сжигания твердых дробленых топлив [6] (прототип).

Топка содержит ограждающий корпус (обечайку) с размещенными в нем топочными экранами (корпус топки), устройства ввода горючего материала и вывода шлака. Воздухораспределительная решетка для сжигания в кипящем слое и дожигания шлака с поперечным коллектором, установленным над этой решеткой, подключена к топочному экрану, разделяющему поверхность решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака, сопла для ввода вторичного воздуха связаны с ограждающими стенами. Топка снабжена шурующей планкой, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхности неподвижной воздухораспределительной решетки для сжигания твердых дробленых топлив и горючих отходов в кипящем слое и дожигания шлака, и опрокидывающимся колосником, прикрепленным в концу указанной решетки со стороны зоны выжигания шлака. Сопла для ввода вторичного воздуха встроены в ограждающие стены над кипящим слоем. Газообразные продукты сгорания и унос из кипящего слоя, а также из зоны выжигания шлака и с опрокидывающегося колосника, попадающие в надслоевое пространство через окна в заднем экране, дожигаются при участии вторичного воздуха, подаваемого через сопла для ввода вторичного воздуха. Шурующая планка соединена со штангами для подвода и отвода охлаждающей воды. Воздухораспределительная решетка снабжена патрубками для подвода и отвода охлаждающей воды.

Недостатками прототипа является низкая эффективность использования энергии сгорания топлива вследствие отсутствия системы рекуперации тепла отходящими дымовыми газами и с твердыми продуктами сгорания топлива - золой. Недостатком также является отсутствие системы аккумуляции тепла инертным теплоносителем (инертом).

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков и повышение энергоэффективности котла.

Техническим результатом является повышение коэффициента использование энергии низкокалорийных местных топливных ресурсов (торфа, отходов древесины и пр.), обеспечивающее полноценную замену угольному или газовому топливу.

- 1 018758

Технический результат достигается тем, что котел водогрейный, содержащий обечайку с заключенным в ней корпусом топки кипящего слоя с газораспределительной решеткой и отводами подачи вторичного воздуха, устройство подачи топлива, теплообменник, системы подачи ожижающего агента, отвода дымовых газов и золы, согласно изобретению в верхней части топки содержит крышку с тремя дымоходами, а между обечайкой и корпусом топки кипящего слоя выполнен одно- или многозаходный спиральный канал охлаждения топки с патрубком для ввода ожижающего агента с возможностью его предварительного подогрева и последующей подачей под распределительную решетку, причем спиральный канал воздуховодом соединен с блоком водяных калориферов с возможностью регулировки температуры ожижающего агента перед подачей его под распределительную решетку на горение посредством блока последовательно установленных вентиляторов, в нижней части топки выполнен патрубок ввода инертного теплоносителя, который трубой спирального шнека соединен с выпускным патрубком зольника системы отвода золы, причем зольник пневмопроводом соединен с сепаратором золы; бункер зольника кинематически связан со шнеком транспортера системы отвода золы из топки и рециркуляции отработанного инертного теплоносителя; теплообменник выполнен в виде отдельно размещенного блока, включающего вертикальный теплоизолированный корпус, в верхнюю и нижнюю части которого вварены патрубки подачи и отвода воды, при этом с торцов корпус теплообменника закрыт решетками с вмонтированными в них дымогарными трубами, которые в верхней части соединены с системой отвода дымовых газов из топки, а в нижней части содержит выходную камеру для удаления дымовых газов, связанную патрубком с бункером сбора пылеуноса и дымососом системы отвода дымовых газов, к которому воздуховодом подсоединена верхняя часть зольника; дымосос системы отвода дымовых газов через блок циклонов соединен с дымовой тубой и линией рециркуляции дымовых газов, которая подключена в системе подачи ожижающего агента в топку кипящего слоя.

Корпус топки кипящего слоя выполнен из жаростойкой стали в форме трубы. Дымогарные трубы теплообменника выполнены с кольцевой накаткой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 и 2 представлена функциональная схема котла водогрейного.

Котел 1 содержит обечайку 2, корпус топки 3 кипящего слоя 4, газораспределительную решетку 5 с отводами 6 подачи вторичного воздуха, устройство 7 для подачи топлива, теплообменник 8, систему подачи ожижающего агента 9, систему отвода дымовых газов 10, систему 11 отвода золы, установленную в верхней части корпуса топки 3 крышку 12 с тремя дымоходами 13, одно или многозаходный спиральный канал 14 для охлаждения корпуса топки 3 с патрубком 15 для ввода ожижающего агента (воздуха) под газораспределительную решетку 5, блок водяных калориферов 16, соединенный с трехзаходным спиральным каналом 14 воздуховодом 17 с блоком вентиляторов 18. В нижней части корпуса топки 3 котел водогрейный 1 содержит патрубок ввода 19 инертного теплоносителя 20, трубу 21 спирального шнека 22 с выпускным патрубком 23 зольник 24 системы 11 отвода золы, сепаратор золы 25, бункер 26 зольника 24, шнек транспортера 27 системы отвода золы 11 из корпуса топки 3, систему 28 отвода отработанного инертного теплоносителя (инерта) 20. Теплообменник 8 котла 1 включает вертикальный теплоизолированный корпус 30, патрубки подачи 31 и отвода 32 воды, трубные решетки 33, 34, дымогарные трубы 35, выходную камеру 36 теплообменника 8 для выхода дымовых газов, бункер 37 сбора пылеуноса 38 с патрубком 39, дымосос 40 системы отвода дымовых газов 10, линию 41 рециркуляции дымовых газов, включенную в систему 9 подачи ожижающего агента (воздуха) в корпус топки 3, блок циклонов 42, бункер блока циклонов 43, дымоход 44, дымовую трубу 45; жидкотопливную горелку 46 для поджига топлива в корпусе топки 3, заслонку воздушную 47 для регулировки температуры ожижающего агента перед подачей под газораспределительную решетку 5, поддон 48 сбора отходов после сепарации золы и инертного теплоносителя 20, электродвигатель 50 сепаратора золы 25, заслонку рециркуляционную 51 линии 41 для рециркуляции дымовых газов, мотор-ректор 49 сепаратора золы 25, вход 52 и выход 53 воды в устройство подачи топлива; вход 54 и выход 55 воды в блок водяных калориферов

Котел водогрейный работает следующим образом. На газораспределительную решетку 5 в корпус топки 3 через патрубок ввода 19 подают инертный теплоноситель 20 по трубе 21 спиральным шнеком 22, затем включают дымосос 40, блок вентиляторов 18 и по системе подачи ожижающего агента 9 через воздуховод 17 под газораспределительную решетку 5 подают воздух (ожижающий агент) и слой инертного теплоносителя (инерта) 20 приходит в псевдоожиженное состояние (кипит). Включают жидкотопливную горелку 46 и при достижении инертом 20 температуры 760-860°С шнековым транспортером из бункера устройства 7 подают твердое топливо, например фрезерный торф или древесные отходы, на газораспределительную решетку 5. Забор воздуха на горение производят через отверстия 15 в обечайке 2 корпуса топки 3 крышки 12. Далее воздух проходит по системе подачи ожижающего агента 9 между наружной обечайкой 2 и корпусом топки 3 по воздуховоду 17 и одно(многозаходному) спиральному каналу 14 попадает в зону под газораспределительной решеткой 5 и далее в кипящий слой 4 с инертом 20. В корпусе топки 3 поддерживают разряжение за счет тяги, создаваемой дымососом 40. При превышении заданной температуры часть воздуха направляют заслонкой 47 в блок водяных калориферов 16, где он отдает избыточное тепло воде. В верхнюю часть корпуса топки 3 через отводы 6 в крышке 12 подают вторичный воздух для догорания летучих компонентов в продуктах сгорания топлива, что частично препятствует уносу легких частиц в составе дымовых газов. Дымовые газы по системе отвода 10 поступают

- 2 018758 в корпус 30 теплообменника 8, проходят по дымогарным трубам 35, и отдают тепло воде, которая подается по патрубку подачи 31 и отводится по патрубку отвода 32 нагретой воды. При этом часть твердых частиц - золоунос 38 в уходящих дымовых газов в выходной камере 36 теплообменника 8 через патрубок 39 осаждается в бункере 37, а окончательная очистка дымовых газов от твердых частиц производится в блоке циклонов 42 и осаждается в бункере блока циклонов 43. Очищенные дымовые газы по дымоходу 44 выбрасывают в дымовую трубу 45. В процессе работы котла 1 через систему 11 отвода золы производят периодический ее слив золы из кипящего слоя 4, при этом ее просеивают на сепараторе 25, крупные частицы отделяют и сбрасывают в поддон 48, а мелкие частицы инерта 20 по системе 28 отвода инертного теплоносителя подают в бункер 26 зольника 24 системы отвода золы, откуда через выпускной патрубок 20 по трубе 21 спиральным шнеком 22 направляют на повторное использование в корпус топки

3. Нагретая в теплообменнике 8 вода по патрубку 32 отвода поступает потребителю (на чертеже не показано). Обратная сетевая вода подается на повторное использование в корпус 30 теплообменника 8 по патрубку 31 подачи воды, а также по патрубку 54 входа воды на блок калориферов 16, также на охлаждение патрубков подачи топлива (на чертеже не показано).

Комплект аппаратуры (КА) (на чертеже не показано) обеспечивает работу котла 1 как в автоматическом режиме, так и в ручном, при этом по заданной программе осуществляется управление подачей топлива в корпус топки 3; поддержание уровня топлива в бункере устройства 7 подачи топлива; поддержание заданной температуры кипящего слоя 4 инерта 20; поддержание заданной температуры ожижаемого агента (воздуха), подаваемого на горение; регулирование тепловой мощности котла 1; поддержание фракционного состава кипящего слоя 4. Осуществляется защита при превышении температуры воды из котла 1 относительно предельного значения, при понижении и повышении давления воды на выходе из котла 1 относительно предельных значений, при снижении расхода воды через котел 1 ниже допустимого; защита электрических двигателей от токов перегрузки, силовых электрических цепей и цепей управления от токов короткого замыкания.

Выполнение корпуса топки 3 кипящего слоя 4 из жаростойкой стали в форме трубы и дымогарных труб 35 теплообменника 8 с кольцевой накаткой (на чертеже не показано) существенно повышает надежность и долговечность котла в процессе эксплуатации.

Технические характеристики котла водогрейного согласно изобретению приведены в таблице.

Наименование	Единица изм.	Значение
Номинальная производительность	МВт	3,0
Расчетная температура воды:	С
- на входе		70
- на выходе		95
Рабочее давление воды	МПа	0,6
Вид топлива		Торф фрезерный Для розжига: Топливо печное бытовое ТУ 38.101656-99, дизельное ГОСТ 305-82
Расход топлива (<2^Р„ = 1940ккал\кг), не более	Кг/ч	1622
Расчетный расход воды	м^Тч	103,2
Поверхность нагрева	м²	122
Водяной объем	м⁵	2,8
Номинальное гидравлическое сопротивление при расчетном перепаде температур	МПа	0,02
Время розжига, не более	ч	0,5
Коэффициент полезного действия	%	82
Габаритные размеры котла	мм
- длина		6800
- ширина		4000
• высота		5300
Масса, не более	кг	12000
Установленная мощность электрооборудования, в т.ч. розжиговая горелка	кВт	23 4,5
Средний срок службы	лет	10
Общая жесткость сетевой и питательной воды	МКГ'ЭКВ/КГ	100
Содержание загрязняющих веществ в сухих отходящих газах при нормальных условиях и коэффициенте избытка воздуха а ~ 1,4, не более - твердых частиц - углерода оксида (СО) - азота оксидов (ΝΟ₂) - серы оксидов (8О₂)	мг/м³	150 1000 500 1500

Водогрейный котел прошел испытания в промышленных условиях и по сравнению с аналогичным котлом на газовом топливе показал высокую экономическую эффективность, так снижение потребления газа в перерасчете на условное топливо составило 1690 тут/год. Коэффициент полезного действия котла водогрейного составляет 82%, что выше чем у прототипа, при этом котел эффективно работает на фрезерном топливе с низшей теплотой сгорания Ο_Μι=2590 ккал/кг, влажностью рабочего топлива \¥_рт до 65% и зольностью Ас до 30%.

- 3 018758

Источники информации

1. 8И № 1478765 А1, (22) 03.08.1987.

2. 8И№ 1663306 А1, (46) 15.07.1991.

3. КИ№ 2168678 С2, (46) 10.06.2001.

4. 8И № 1280971 А, (22) 12.03.1982.

5. СВ № 2132110 А, 04.07.1984.

6. ВИ № 2300051 С1, 27.05.2007 (прототип).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Котел водогрейный, содержащий обечайку с заключенным в ней корпусом топки кипящего слоя с газораспределительной решеткой и отводами подачи вторичного воздуха, устройство подачи топлива, теплообменник, системы подачи ожижающего агента, отвода дымовых газов и золы, отличающийся тем, что в верхней части топки установлена крышка с тремя дымоходами, а между обечайкой и корпусом топки кипящего слоя выполнен одно- или многозаходный спиральный канал охлаждения топки с патрубком для ввода ожижающего агента с возможностью его предварительного подогрева и последующей подачей под распределительную решетку, причем одно- или многозаходный спиральный канал воздуховодом соединен с блоком водяных калориферов с возможностью регулировки температуры ожижающего агента перед подачей его под распределительную решетку на горение посредством блока последовательно установленных вентиляторов, в нижней части топки выполнен патрубок ввода инертного теплоносителя, который трубой спирального шнека соединен с выпускным патрубком зольника системы отвода золы, причем зольник пневмопроводом соединен с сепаратором золы; бункер зольника кинематически связан со шнеком транспортера системы отвода золы из топки и рецеркуляции отработанного инертного теплоносителя; теплообменник выполнен в виде отдельно размещенного блока, включающего вертикальный теплоизолированный корпус, в верхнюю и нижнюю части которого вварены патрубки подачи и отвода воды, при этом с торцов корпус теплообменника закрыт решетками с вмонтированными в них дымогарными трубами, которые в верхней части соединены с системой отвода дымовых газов из топки, а в нижней части содержат переход для выхода дымовых газов, связанный патрубком с бункером сбора пылеуноса и дымососом системы отвода дымовых газов, к которому воздуховодом подсоединена верхняя часть зольника; дымосос через блок циклонов соединен с дымовой трубой и линией рециркуляции дымовых газов, которая подключена к системе подачи ожижающего агента в топку кипящего слоя.
2. Котел водогрейный по п.1, отличающийся тем, что корпус топки кипящего слоя выполнен из жаростойкой стали в форме трубы.
3. Котел водогрейный по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы теплообменника выполнены с кольцевой накаткой.