RU2041419C1

RU2041419C1 - Steam generator

Info

Publication number: RU2041419C1
Authority: RU
Inventors: О.А. Ткачев; Е.В. Цыганов; Л.П. Шелудько
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1995-08-09

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: furnace chamber 1 of steam generator is separated by pipes 5,6 into a set of sections 3,4 of different width. The width of the first of alternate sections 4 counted from walls of furnace chamber 1 is lesser than the width of the adjacent sections 3. The sections 4 are provided with dummy bottom 8 made of a fire resistance material and inclined at the natural cone angle of the material. The inserts between pipes 5,6 define with gas-dispensing grate 2 and the top part of furnace chamber 1 the bottom and top ports respectively, the total area of the first ports being equal or more than the area of the cross- section of sections 4 having dummy bottom 8. EFFECT: enhanced efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам парогенераторов (котлов) с кипящим (псевдоожиженным) слоем, работающих на органическом топливе и предназначенных для использования на тепловых электростанциях, в котельных, в передвижных установках. The invention relates to a power system, and in particular to devices of steam generators (boilers) with a fluidized (fluidized) bed operating on fossil fuels and intended for use in thermal power plants, boiler houses, and mobile units.

Известны парогенераторы (котлы) с кипящим слоем, образуемым инертными твердыми частицами и частицами твердого топлива. Known steam generators (boilers) with a fluidized bed formed by inert solid particles and solid fuel particles.

В Великобритании серийно выпускаются котлы с кипящим слоем для промышленного отопления [1] Кипящий слой у таких котлов "мелкий", высота слоя мала (как правило, составляет 0,1-0,2 м) и поэтому теплообменные поверхности в слой не погружают. Тепловая нагрузка кипящего слоя 1,6 МВт/м².Fluidized bed boilers for industrial heating are commercially available in the UK [1] The fluidized bed of such boilers is "shallow", the layer height is small (usually 0.1-0.2 m) and therefore the heat transfer surfaces are not immersed in the layer. The thermal load of the fluidized bed is 1.6 MW / m ² .

Разработана концепция [1] водотрубных котлов с циркулирующим кипящим слоем. Днище кипящего слоя у этих котлов сложено из нескольких решеток. У боковых стенок топки решетка горизонтальная, потом следует две наклонные части решетки. В пространстве кипящего слоя над горизонтальной частью решетки погружена часть трубок, переходящая в экран топки. Такая конструкция позволяет организовать циркулирующий кипящий слой, который является более эффективным, так как позволяет получить лучшее (полное) выгорание топлива. The concept [1] of water-tube boilers with a circulating fluidized bed was developed. The bottom of the fluidized bed in these boilers is composed of several gratings. At the side walls of the furnace, the grate is horizontal, then two inclined parts of the grate follow. In the space of the fluidized bed above the horizontal part of the grate, a part of the tubes is immersed, passing into the furnace screen. This design allows you to organize a circulating fluidized bed, which is more effective, as it allows you to get the best (full) burnout of the fuel.

Однако в этих котлах трудно расположить трубчатые элементы равномерно по всей прирешетчатой зоне, трубы расположены в псевдоожиженном слое горизонтально или наклонно, что повышает их износ и снижает надежность естественной циркуляции, а при больших размерах котлов приходится принимать меры для укрепления решетки. However, in these boilers it is difficult to arrange the tubular elements uniformly throughout the prelattice zone, the pipes are located in the fluidized bed horizontally or obliquely, which increases their wear and reduces the reliability of natural circulation, and with large sizes of the boilers, measures must be taken to strengthen the lattice.

Другим типом котла с циркулирующим слоем является котел фирмы Lurgi Chemie und Huttentechnik, GMBH Франкфурт [2] В нем отсутствуют погруженные в слой поверхности нагрева. В то же время необходимы циклоны для рециркуляции твердой фазы. Котел получается более сложным, громоздким, металлоемким и дорогим. Another type of circulating-layer boiler is the Lurgi Chemie und Huttentechnik, GMBH Frankfurt [2] boiler. There are no heating surfaces immersed in the layer. At the same time, cyclones are needed for solid phase recirculation. The boiler is more complex, cumbersome, metal consuming and expensive.

Указанные недостатки устранены в парогенераторе-прототипе [3]
Парогенератор содержит топочную камеру с газораспределительной решеткой, при помощи которой образуется псевдоожиженный слой, и испарительные трубчатые элементы, трубы которых пропущены через решетку и подсоединены к входным и выходным коллекторам. Трубы элементов сварены проставками, образуют газоплотные панели, разделяющие псевдоожиженный слой на секции, независимые по подаче воздуха и топлива.These disadvantages are eliminated in the prototype steam generator [3]
The steam generator comprises a combustion chamber with a gas distribution grill, by means of which a fluidized bed is formed, and evaporative tubular elements, the pipes of which are passed through the grill and connected to the inlet and outlet manifolds. The pipes of the elements are welded by spacers, form gas-tight panels dividing the fluidized bed into sections, independent in the supply of air and fuel.

В секциях, кроме испарительных поверхностей, могут устанавливаться поверхности экономайзера, пароперегревателя или воздухоподогревателя. In sections, in addition to evaporative surfaces, the surfaces of an economizer, superheater or air heater can be installed.

В этом парогенераторе образуется псевдоожиженный (а не циркулирующий) слой, который заполняет лишь некоторую часть топочной камеры, существует большой объем надслоевого пространства. При этом существует резкая видимая граница псевдоожиженного слоя, выше которой теплообмен между продуктами сгорания топлива и испарительными трубчатыми элементами резко снижается, тепловой поток к ним также уменьшается. Неравномерность теплового потока по высоте топки снижает надежность работы испарительных элементов, уменьшает суммарный теплосъем и эффективность установки в целом. Кроме того, обычный (а не циркулирующий) псевдоожиженный слой менее эффективен по процессам тепломассообмена и горения топлива. In this steam generator, a fluidized (rather than circulating) layer is formed, which fills only a certain part of the combustion chamber; there is a large amount of superlayer space. In this case, there is a sharp visible boundary of the fluidized bed, above which the heat transfer between the fuel combustion products and the evaporative tubular elements sharply decreases, and the heat flux to them also decreases. The unevenness of the heat flow along the height of the furnace reduces the reliability of the evaporation elements, reduces the total heat removal and the efficiency of the installation as a whole. In addition, a conventional (rather than circulating) fluidized bed is less effective in heat and mass transfer and fuel combustion processes.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности парогенератора. The aim of the invention is to increase the efficiency and reliability of the steam generator.

Это достигается тем, что в парогенераторе, имеющем топочную камеру с газораспределительной решеткой и испарительными трубными элементами, расположенными в кипящем слое и пропущенными через газораспределительную решетку, трубные элементы делят топочную камеру на ряд чередующихся отсеков различной ширины отсеки большей ширины имеют газораспределительную решетку и разреженный кипящий слой, и меньшей ширины с опускным движением частиц (падающим слоем), причем последние отсеки расположены у стен топочной камеры и между отсеками с разреженным кипящим слоем. Вертикальные трубные элементы соединены вставками в мембранные панели и включены в пароводяной контур котла. Для ограничения уноса частиц газовым потоком и обеспечения рециркуляции частиц проставки между половиной трубных элементов выполнены лишь в их средней части по высоте топочной камеры, вследствие чего в нижней части у газораспределительной решетки и в верхней части топки между трубами образуются зазоры, под топочной камеры отсеков с опускным движением частиц выполнен из огнеупорного материала с уклоном под углом естественного откоса в сторону отсеков с кипящим слоем. Соотношение ширины отсеков с подъемным и опускным движением частиц зависит от фракционного состава и размера твердых частиц, качества топлива, времени горения частиц. This is achieved by the fact that in a steam generator having a combustion chamber with a gas distribution grid and evaporating pipe elements located in a fluidized bed and passed through a gas distribution grid, the pipe elements divide the combustion chamber into a series of alternating compartments of different widths, compartments of greater width have a gas distribution grid and a rarefied fluidized bed , and of smaller width with the downward movement of particles (falling layer), the last compartments being located near the walls of the combustion chamber and between the compartments with a cut nnym fluidized bed. Vertical pipe elements are connected by inserts in the membrane panels and are included in the steam-water circuit of the boiler. To limit the entrainment of particles by the gas flow and to ensure the recirculation of particles, spacers between half of the pipe elements are made only in their middle part along the height of the combustion chamber, as a result of which gaps are formed in the lower part of the gas distribution grill and in the upper part of the furnace between the pipes, with compartments with the movement of particles is made of refractory material with a slope at an angle of repose towards the compartments with a fluidized bed. The ratio of the width of the compartments with the upward and downward movement of the particles depends on the fractional composition and size of the solid particles, fuel quality, particle burning time.

Для полифракционного состава частиц, например размеров 1-10 мм, это соотношение может составлять 1:1-5:1. For the polyfraction composition of particles, for example, sizes of 1-10 mm, this ratio can be 1: 1-5: 1.

Величина зазоров, образуемых проставками и газораспределительной решеткой, принимается равной ширине меньшего отсека. The size of the gaps formed by the spacers and the gas distribution grille is taken equal to the width of the smaller compartment.

Указанные соотношения обеспечивают равномерную, устойчивую циркуляцию твердых частиц, снижают до минимума унос частиц уходящими газами. Это объясняется тем, что на выходе из отсеков большей ширины скорость газов резко снижается вследствие сильного увеличения живого сечения потока и становится меньше скорости витания частиц. Таким образом, получают циркулирующий кипящий слой, который обеспечивает интенсификацию процессов горения и тепломассообмена. The indicated ratios provide uniform, stable circulation of solid particles, and minimize the entrainment of particles by flue gases. This is explained by the fact that at the exit from the compartments of greater width, the gas velocity sharply decreases due to a strong increase in the living cross section of the flow and becomes less than the velocity of the particles. Thus, a circulating fluidized bed is obtained, which provides an intensification of combustion processes and heat and mass transfer.

На фиг. 1 схематично изображен предложенный парогенератор, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.1. In FIG. 1 schematically shows the proposed steam generator, a longitudinal section; in FIG. 2 section AA in figure 1; figure 3 section BB in figure 1; figure 4 section bb in figure 1.

Парогенератор содержит топочную камеру 1 с газораспределительной решеткой 2 в отсеках большей ширины с кипящим слоем 3, отсеки меньшей ширины 4 с опускным движением твердой фазы. Испарительные трубные элементы 5 и 6 присоединены к коллекторам 7, причем трубные элементы 5 соединены проставками по всей высоте топки, начиная от газораспределительной решетки, а трубы элементов 6 соединены проставками лишь в средней части, в результате образуются отсеки 3 и 4 с циркулирующим слоем. В нижней части отсеков 4 установлен наклонный под 8. В отсеках 3 устанавливают поверхности нагрева водяного экономайзера, пароперегревателя и воздухоподогревателя. Топливо поступает в кипящий слой 3, где при взаимодействии с воздухом сгорает. Тепло сгорания топлива воспринимается трубными элементами 5 и 6. Кипящий слой твердых частиц "перетекает" через пороги, образованные проставками трубных элементов 6, в отсеки 4, частицы опускаются вниз этих отсеков и через нижние межтрубные зазоры трубных элементов 6 по наклонному поду 8 опять возвращаются в отсеки 3. Вода в элементы 5 и 6 подается через коллектор 7, пароводяная смесь поднимается и отводится в верхние коллекторы. The steam generator comprises a combustion chamber 1 with a gas distribution grill 2 in compartments of a larger width with a fluidized bed 3, compartments of a smaller width 4 with a downward movement of the solid phase. Evaporative tube elements 5 and 6 are connected to collectors 7, and tube elements 5 are connected by spacers along the entire height of the furnace, starting from the gas distribution grid, and pipes of elements 6 are connected by spacers only in the middle part, as a result, compartments 3 and 4 with a circulating layer are formed. In the lower part of the compartments 4, an inclined one is installed under 8. In the compartments 3, the heating surfaces of the water economizer, superheater and air heater are installed. Fuel enters the fluidized bed 3, where it burns down when interacting with air. The heat of combustion of the fuel is perceived by the pipe elements 5 and 6. The fluidized bed of solid particles "flows" through the thresholds formed by the spacers of the pipe elements 6 into the compartments 4, the particles go down these compartments and through the lower annular gaps of the pipe elements 6 along the inclined hearth 8 again return to compartments 3. Water is supplied to the elements 5 and 6 through the collector 7, the steam-water mixture rises and is discharged into the upper collectors.

Экспериментальный котел по предлагаемой схеме был изготовлен и прошел опытную проверку на Уруссинской ГРЭС ТАТЭНЕРГО. Испытания показали, что теплонапряженность в топке значительно выше, чем у существующих котлов с кипящим слоем и составляет 7,5-8,0 МВт/м² (у известных котлов 1,9-3 МВт/м²). Равномерность теплового потока по высоте предлагаемого парогенератора также значительно лучше, чем у котла-прототипа.The experimental boiler according to the proposed scheme was manufactured and passed an experimental test at the URUSSK state district power station TATENERGO. Tests have shown that the heat stress in the furnace is significantly higher than that of existing boilers with a fluidized bed and is 7.5-8.0 MW / m ² (for known boilers 1.9-3 MW / m ² ). The uniformity of the heat flow along the height of the proposed steam generator is also significantly better than that of the prototype boiler.

Claims

A STEAM GENERATOR comprising a fluidized-bed combustion chamber, a gas distribution grill and panels passing through it from pipes with spacers included in the steam-water circuit of the boiler, by means of which the combustion chamber is divided into compartments, characterized in that the compartments, starting from the first from the walls of the combustion chamber, through one made with a width smaller than the width of adjacent compartments, and with a deaf layer inclined at an angle of repose of the layer material towards the latter from the refractory material, the remains between the pipes form, with the gas distribution grill and the upper part of the combustion chamber, the lower and upper transfer windows, respectively, the total area of the first of which is equal to or greater than the cross-sectional area of the blind hearth compartments.