RU2138729C1

RU2138729C1 - Device for generation of hot water, steam and superheated steam

Info

Publication number: RU2138729C1
Application number: RU97120818A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Ноздренко; Л.И. Пугач; П.А. Щинников; А.А. Ловцов; В.Е. Веркеев
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: heat engineering; power engineering. SUBSTANCE: proposed device has furnace space, horizontal and downtake gas ducts, water heating tubular surface and thermocyclone primary furnaces for thermal preparation of solid low-reaction fuel which are connected to fuel space and are used simultaneously for burning gas suspension. EFFECT: extended functional capabilities; enhanced operational and economical efficiency; ease in use. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области огневой теплотехники и может быть широко использовано в энергетике. The invention relates to the field of fire heat engineering and can be widely used in energy.

Известно устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, в котором химическую энергию твердого топлива при его сжигании передают холодной воде в процессе теплопередачи. Процесс передачи энергии (теплопередачи) осуществляют в топочном пространстве (топке) устройства, где производят сжигание топлива, при этом подачу твердого топлива в топочное пространство производят в пылевидном состоянии через специальные горелки, которые устанавливают в нижней части топки (Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общей редакцией В.А.Григорьева, В.М.Зорина. - 2-е изд., перераб. т. 3. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.). Известное устройство в общем случае имеет топочное пространство (топку), горизонтальный и опускной газоходы и оборудовано трубной системой поверхностей нагрева воды. Для подачи твердого топлива в топку в пылевидном состоянии устройство оборудовано пылеугольными горелками. A device for producing hot water, steam or superheated steam is known, in which the chemical energy of solid fuel is transferred to cold water during combustion during heat transfer. The process of energy transfer (heat transfer) is carried out in the furnace space (furnace) of the device where the fuel is burned, while the supply of solid fuel to the furnace space is carried out in a dusty state through special burners that are installed in the lower part of the furnace (Thermal and nuclear power plants: Reference / Under the general editorship of V.A. Grigoriev, V. M. Zorin. - 2nd ed., Revised volume 3. - M.: Energoatomizdat, 1989. - 608 p.). The known device in the General case has a furnace space (furnace), horizontal and lowering flues and is equipped with a pipe system of surfaces for heating water. To supply solid fuel to the furnace in a dusty state, the device is equipped with coal dust burners.

Однако указанное устройство содержит ряд недостатков:
- для надежного воспламенения и горения низкореакционного твердого топлива или топлива с измененными качественными характеристиками, связанными с расширением добычи и освоением новых пластов месторождений ряда марок углей, устройство требует подсвета основного факела дорогим и остро дефицитным мазутом или газом либо через муфельные мазутные форсунки, либо через специальные пылегазовые горелки, при этом снижается КПД процесса теплопередачи, т.к. мазут или газ (из-за более высокой реакционной способности) сгорает быстрее, что приводит к затягиванию факела в область низких температур и увеличению, в связи с этим, механического недожога угля;
- устройство не обеспечивает выход оксидов азота на уровне 200 мг/м³ (требования к экологически чистым ТЭС) без применения дополнительных средств, таких как стадийное (ступенчатое) сжигание, ввод реагента в зону горения и др.However, this device contains several disadvantages:
- for reliable ignition and combustion of low-reaction solid fuel or fuel with altered quality characteristics associated with expansion of production and development of new layers of deposits of a number of coal grades, the device requires illumination of the main flame with expensive and severely deficient fuel oil or gas, either through muffle oil nozzles, or through special dust and gas burners, while the efficiency of the heat transfer process is reduced, because fuel oil or gas (due to its higher reactivity) burns out faster, which leads to the torch being drawn into the low-temperature region and, due to this, an increase in the mechanical burning of coal;
- the device does not provide an output of nitrogen oxides at the level of 200 mg / m ³ (requirements for environmentally friendly TPPs) without the use of additional means, such as stage (step) burning, reagent injection into the combustion zone, etc.

Кроме того, известно устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, являющееся прототипом предлагаемого изобретения, в котором химическую энергию размолотого твердого топлива при его сжигании передают холодной воде также в процессе теплопередачи. Устройство также имеет топочное пространство, горизонтальный и опускной газоходы и трубную систему поверхностей нагрева воды (а.с. SU 1185015 А, МКИ F 23 C 1/10). В нижней части топочного пространства устройство оборудовано термоциклонным предтопком для прогрева и сжигания основной части размолотого твердого низкореакционного топлива, внутренняя поверхность которого покрыта экранными трубами. Для прогрева размолотого твердого низкореакционного топлива термоциклонный предтопок содержит камеру сгорания с горелкой высокореакционного топлива (газа или мазута), а также подключенные к боковой стенке камеры тангенциальный канал первичного воздуха и короб для подачи размолотого низкореакционного твердого топлива. Процесс сжигания низкореакционного твердого топлива в термоциклонном предтопке производят с образованием жидкого шлака, поэтому устройство оборудовано соответствующей системой эвакуации жидкого шлака. In addition, it is known a device for producing hot water, steam or superheated steam, which is the prototype of the invention, in which the chemical energy of ground solid fuel during its combustion is transferred to cold water also in the process of heat transfer. The device also has a furnace space, horizontal and lowering flues and a pipe system of surfaces for heating water (a.s. SU 1185015 A, MKI F 23 C 1/10). In the lower part of the furnace space, the device is equipped with a thermal cyclone preheater for heating and burning the main part of the ground solid low-reaction fuel, the inner surface of which is covered with screen tubes. To heat the milled solid low-reaction fuel, the thermal cyclone pre-furnace contains a combustion chamber with a highly reactive fuel burner (gas or fuel oil), as well as a tangential primary air channel and a box for supplying the milled low-reaction solid fuel connected to the side wall of the chamber. The process of burning low-reaction solid fuel in a thermal cyclone pre-furnace is carried out with the formation of liquid slag; therefore, the device is equipped with an appropriate liquid slag evacuation system.

Однако и это устройство имеет недостатки:
- функциональные возможности устройства ограничены применением дорогого и остродефицитного высокореакционного топлива (газа или мазута);
- устройство оборудовано системой жидкого шлакоудаления, что усложняет и удорожает его конструкцию;
- устройство усложнено, так как оборудовано предтопком, конструкция которого сложна в изготовлении из-за установки экранных труб на внутренней поверхности;
- конструкция предтопка не позволяет осуществить традиционную компоновку устройства (например, аналогично компоновке со встречным или тангенциальным расположением пылеугольных горелок), при которой достигается наиболее равномерное распределение тепловых нагрузок внутри топочного пространства с наивысшим КПД работы устройства и, как следствие, наиболее экономичная его работа;
- надежность работы устройства ограничена надежностью работы предтопка, и при выходе из строя термоциклонного предтопка или его вспомогательных систем неизбежен останов работы устройства в целом.However, this device also has disadvantages:
- the functionality of the device is limited by the use of expensive and highly deficient highly reactive fuel (gas or fuel oil);
- the device is equipped with a liquid slag removal system, which complicates and increases the cost of its design;
- the device is complicated, as it is equipped with a pre-heater, the design of which is difficult to manufacture due to the installation of screen tubes on the inner surface;
- the pre-furnace design does not allow the traditional arrangement of the device (for example, similarly to the arrangement with the opposing or tangential arrangement of dust-burners), in which the most uniform distribution of thermal loads inside the furnace space is achieved with the highest efficiency of the device and, as a result, its most economical operation;
- the reliability of the device is limited by the reliability of the pre-furnace, and in case of failure of the thermal cyclone pre-furnace or its auxiliary systems, the operation of the device as a whole is inevitable.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для получения горячей воды, пара или перегретого пара, которое является более простым в изготовлении, с более широкими функциональными возможностями, более экономичным и надежным при эксплуатации. The objective of the invention is to provide a device for producing hot water, steam or superheated steam, which is simpler to manufacture, with wider functionality, more economical and reliable in operation.

Это достигается тем, что известное устройство для получения горячей воды, пара или перегретого пара, которое содержит топочное пространство, горизонтальный и опускной газоходы, трубную систему поверхностей нагрева воды и термоциклонный предтопок, дополнительно оборудовано термоциклонными предтопками, которые, включая указанный предтопок, служат для термической подготовки твердого низкореакционного топлива, пристыкованы к топочному пространству и одновременно являются горелками для сжигания полученной в них газовзвеси. This is achieved by the fact that the known device for producing hot water, steam or superheated steam, which contains a furnace space, horizontal and lowering flues, a pipe system of water heating surfaces and a thermal cyclone preheater, is additionally equipped with thermal cyclone preheaters, which, including the specified preheater, serve for thermal preparation of solid low-reaction fuel, docked to the furnace space and at the same time are burners for burning the gas suspension obtained in them.

На чертеже приведена одна из возможных структурных схем устройства. The drawing shows one of the possible structural diagrams of the device.

Устройство имеет, например, П-образную компоновку и имеет топочное пространство (топку) 1, горизонтальный 2 и опускной 3 газоход. Кроме этого, устройство оборудовано трубной системой поверхностей нагрева воды (в общем случае - это водяной экономайзер 4, парогенерирующие поверхности нагрева 5, пароперегреватель 6). К топке 1 устройства пристыкованы под углом α ≥ 0 термоциклонные предтопки смешивающего типа 7 для получения двухфазного топлива - газовзвеси 8, которые одновременно выполняют функции горелок и имеют, например, цилиндрическую форму. Предтопки оборудованы камерой для тангенциального ввода твердого низкореакционного топлива рядового станционного помола 9, горелкой для сжигания высокореакционного топлива 10 и приспособлением для ввода вторичного воздуха 11. The device has, for example, a U-shaped layout and has a furnace space (firebox) 1, horizontal 2 and lowering 3 flue. In addition, the device is equipped with a pipe system of water heating surfaces (in the general case, it is a water economizer 4, steam-generating heating surfaces 5, and a superheater 6). To the furnace 1 of the device are joined at an angle α ≥ 0 thermal cyclone pre-furnaces of mixing type 7 to produce two-phase fuel - gas suspension 8, which simultaneously serve as burners and have, for example, a cylindrical shape. The furnace is equipped with a chamber for tangential introduction of solid low-reaction fuel of ordinary station grinding 9, a burner for burning highly-reactive fuel 10 and a device for introducing secondary air 11.

Устройство работает следующим образом. Размолотое твердое низкореакционное топливо 9 тангенциально направляют в предтопок с образованием реакторного пространства, внутрь которого, через торцевую стенку, направляют горящее высокореакционное топливо 10. В качестве высокореакционного топлива используют мазут, газ или уголь (например канско-ачинский). За счет тепла от горения высокореакционного топлива поток размолотого твердого низкореакционного топлива 9 прогревают с образованием двухфазного топлива - газовзвеси 8, которая содержит в основном окись углерода, водород, непрореагировавшую угольную пыль, коксовый остаток, метан, углекислый газ и азот. Процесс получения газовзвеси ведут без образования жидкого шлака. На выходе из термоциклонного предтопка газовзвесь смешивают со вторичным воздухом 11 и вместе с продуктами сгорания высокореакционного топлива направляют в топочное пространство 1 устройства, где осуществляют процесс передачи тепла от горящей газовзвеси к парогенерирующим поверхностям нагрева 5. В горизонтальном 2 и опускном 3 газоходах осуществляют процесс передачи тепла от горячих дымовых газов к пароперегревающим поверхностям нагрева 6 и поверхностям нагрева водяного экономайзера 4. Эвакуацию шлака и дымовых газов осуществляют через соответствующие системы. В этом случае режим устойчивого воспламенения и стабильного горения факела в топочном пространстве 1, даже при использовании низкосортного или непроектного твердого топлива и топлива с изменяющимися качественными характеристиками, без применения подсвета мазутом или газом обеспечивают за счет содержания в газовзвеси легко воспламеняющихся летучих продуктов пиролиза твердого топлива (H₂, CO, CH₄), количество которых в газовзвеси может достигать 40% и более по отношению к исходной массе твердого низкореакционного топлива в зависимости от его типа и времени реагирования в предтопке.The device operates as follows. The milled solid low-reaction fuel 9 is tangentially directed to the preheater with the formation of a reactor space, into which, through the end wall, the burning highly-reactive fuel 10 is sent. Fuel oil, gas or coal (for example, Kansk-Achinsky) are used as high-reaction fuel. Due to the heat from burning highly reactive fuel, the flow of ground solid low-reaction fuel 9 is heated to form a two-phase fuel - gas suspension 8, which mainly contains carbon monoxide, hydrogen, unreacted coal dust, coke residue, methane, carbon dioxide and nitrogen. The process of obtaining gas suspensions is carried out without the formation of liquid slag. At the outlet of the thermal cyclone preheater, the gas suspension is mixed with secondary air 11 and, together with the combustion products of highly reactive fuel, is directed to the furnace space 1 of the device, where the heat transfer from the burning gas suspension to the steam-generating heating surfaces 5 is carried out. In the horizontal 2 and lower 3 gas flues, the heat transfer process from hot flue gases to superheater heating surfaces 6 and heating surfaces of the water economizer 4. Evacuation of slag and flue gases is carried out through h appropriate systems. In this case, the regime of stable ignition and stable burning of the torch in the combustion chamber 1, even when using low-grade or non-design solid fuels and fuels with varying quality characteristics, without the use of black oil or gas backlight, provides due to the content of flammable volatile pyrolysis products of solid fuel in the gas suspension ( H ₂ , CO, CH ₄ ), the amount of which in a gas suspension can reach 40% or more with respect to the initial mass of low-reaction solid fuel, depending on its type and response time in the pre-furnace.

Таким образом, описанное устройство имеет более широкие функциональные возможности за счет применения в качестве высокореакционного топлива не только газа или мазута, но и угля, например КАУ. Устройство является более простым, так как не требует системы жидкого шлакоудаления, а внутренняя поверхность предтопков не экранируется трубами поверхностей нагрева. Устройство является более экономичным в эксплуатации, так как конструкция предтопков позволяет осуществить традиционную компоновку устройства (например, аналогично компоновке со встречным или тангенциальным расположением пылеугольных горелок), при которой достигается наиболее равномерное распределение тепловых нагрузок внутри топочного пространства с наивысшим КПД работы устройства, и за счет применения более дешевого (по сравнению с газом или мазутом) угля, в случае его применения в качестве высокореакционного топлива. Устройство является более надежным за счет применения нескольких термоциклонных предтопков, одновременно выполняющих функции рядовых пылеугольных горелок. В этом случае, при выходе из строя одного предтопка, устройство может работать на пониженной нагрузке. Thus, the described device has wider functionality due to the use of highly reactive fuel not only gas or fuel oil, but also coal, for example KAU. The device is simpler, since it does not require a liquid slag removal system, and the inner surface of the pre-furnaces is not shielded by pipes of heating surfaces. The device is more economical to operate, since the pre-furnace design allows for the traditional arrangement of the device (for example, similarly to the arrangement with the opposing or tangential arrangement of dust-burners), which achieves the most uniform distribution of thermal loads inside the furnace space with the highest efficiency of the device, and due to the use of cheaper (compared with gas or fuel oil) coal, if used as a highly reactive fuel. The device is more reliable due to the use of several thermocyclic pre-furnaces, which simultaneously perform the functions of ordinary pulverized coal burners. In this case, if one pre-furnace fails, the device can operate at reduced load.

Кроме того, дополнительным положительным эффектом является то, что предлагаемая конструкция устройства позволяет сжигать твердые топлива, имеющие широкий диапазон качественных характеристик, и обеспечивает меньший выброс оксидов азота (на уровне 200 мг/м³) за счет применения термической подготовки твердого топлива.In addition, an additional positive effect is that the proposed device design allows you to burn solid fuels having a wide range of quality characteristics, and provides a lower emission of nitrogen oxides (at a level of 200 mg / m ³ ) due to the use of thermal preparation of solid fuel.

Claims

A device for producing hot water, steam or superheated steam, which contains a furnace space, horizontal and downcomer ducts, a pipe system of water heating surfaces and a thermal cyclone preheater, characterized in that the device is additionally equipped with thermal cyclone preheaters, which, including the specified preheater, are used for thermal preparation solid low-reaction fuel, docked to the furnace space and at the same time are burners for burning the gas suspension obtained in them.