RU2168668C1

RU2168668C1 - Gas generator boiler plant

Info

Publication number: RU2168668C1
Application number: RU99126722A
Authority: RU
Inventors: И.В. Воскобойников; Н.С. Еремеев; В.И. Погорелый; Ю.В. Марковец; А.Е. Качалов; О.А. Заварухин; Л.В. Пин; Ю.В. Наумов
Original assignee: Государственный научный центр лесопромышленного комплекса
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: power engineering; gas generator boiler plants. SUBSTANCE: boiler plant includes furnace with sections provided with combustion zones, gasifying zones, pyrolysis zone, fuel predrying zone and fuel loading bin. All sections have inner and outer walls with communicated cavities between them; cavities are connected to circulating water supply branch pipe fitted in zone of lower section which gives off heat for drying fuel. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of plant. 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к газогенераторным котельным установкам. The invention relates to energy and, in particular, to gas boiler plants.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является газогенераторная котельная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную жаровой трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификацию, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлен колосник, а в боковой части - короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, а верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена жаровая труба (см., например, Руководство по эксплуатации газогенераторной установки "Шахтогаз", 1999 г.). The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed one is a gas-generating boiler plant containing a gas-generating firebox connected by a heat pipe with a heat exchanger having an inlet pipe for supplying water, while the furnace is formed by a vertical shaft-type casing having a lower section restricting the combustion zone and gasification, the middle section bounding the pyrolysis zone, and the upper section bounding the fuel drying zone and having a hopper for loading fuel, at m the lower section is limited by the outer cylindrical wall, in the cavity of which the grate is installed, and in the lateral part there is a box for placing the ash pan door and the furnace door, the middle section is limited by the outer cylindrical wall, and the upper section is limited by the outer cylindrical wall and connected to the fuel loading hopper, and on the one side, a flame tube has been led out to the middle section (see, for example, the Operation manual for the Shakhtogaz gas generator, 1999).

Недостатками этой установки является ее невысокая надежность из-за возможности растрескивания футеровки при аварийной остановке топки и из-за возможности забивания колосника частицами шлака, что приводит к уменьшению мощности, а также недостаточная эффективность сушки топлива из-за низкой теплопроводности футеровки. The disadvantages of this installation are its low reliability due to the possibility of cracking of the lining during an emergency stop of the furnace and because of the possibility of clogging the grate with slag particles, which leads to a decrease in power, as well as insufficient drying of the fuel due to the low thermal conductivity of the lining.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая установка, является повышение ее надежности и эффективности. The technical result, the achievement of which the claimed installation is aimed, is to increase its reliability and efficiency.

Для достижения указанного технического результата известная газогенераторная котельная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную жаровой трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификацию, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлен колосник, а в боковой части - короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, а верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена жаровая труба, снабжена внутренней стенкой, ограничивающей совместно с наружной стенкой водяную рубашку, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, и верхним участком в виде усеченного конуса, параллельным наружной стенке в виде усеченного конуса, а между сопряженными торцами нижнего и верхнего участков установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашки, ограниченной верхним и нижним участками нижней секции, при этом верхний участок имеет часть, прилегающую к коробу дверцы топки, и часть, сопряженную с жаровой трубой так, что длина первой части превышает длину второй части, а внутренняя стенка средней секции образована цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке этой секции, а между сопряженными торцами нижней и средней секции установлен плоский кольцевой фланец, перекрывающий зазор между стенками и имеющий отверстие для прохода воды между полостями рубашек средней и нижней секций, а со стороны жаровой трубы имеющий радиальный в плане проем для прохода последней, при этом внутренняя стенка верхней секции образована верхним цилиндрическим вертикальным участком, концентричным наружной стенке, коническим промежуточным участком, сопряженным с цилиндрическим участком и обращенным меньшим основанием вниз и нижним цилиндрическим вертикальным участком меньшего диаметра, чем верхний цилиндрический вертикальный участок, и концентричным наружной стенке и с одной стороны сопряженным с коническим участком, а с другой стороны имеющим радиальный в плане проем для прохода сопряженной части жаровой трубы, а между сопряженными торцами верхней и средней секции установлен плоский кольцевой фланец с отверстием для прохода воды между полостями рубашек верхней и средней секций, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру нижнего цилиндрического участка внутренней стенки верхней секции, а в зоне этого фланца, прилегающей к жаровой трубе, выполнен радиальный в плане проем для прохода последней, а верхняя секция закрыта сверху плоским кольцевым фланцем постоянной ширины, при этом в наружной стенке нижней секции установлен патрубок для подвода сетевой воды, а в наружной стенке верхней секции установлен патрубок для отвода нагретой воды, связанный с входным патрубком теплообменника основной магистралью, в которую встроен нагнетательный гидронасос и которая своим входным участком связана с насосом, а выходным участком - с входным патрубком теплообменника, причем входной и выходной участки основной магистрали связаны между собой перепускной магистралью, в которой установлен резервный гидронасос. To achieve the specified technical result, a known gas-generating boiler installation comprising a gas-generating firebox connected by a heat pipe to a heat exchanger having an inlet pipe for supplying water, the furnace being formed by a vertical shaft-type casing having a lower section restricting the combustion zone and gasification, a middle section restricting the pyrolysis zone, and the upper section bounding the fuel drying zone and having a hopper for loading fuel, while the lower section is limited to the outer cylinder the dric wall, in the cavity of which the grate is installed, and in the side part of the box for placing the ash pan door and the furnace door, the middle section is limited by the outer cylindrical wall, and the upper section is limited by the outer cylindrical wall and connected to the hopper for loading fuel, and to the middle section with on one side a heat pipe is led out, equipped with an inner wall that bounds the water jacket together with the outer wall, while the inner wall of the lower section is formed by the lower cylindrical section, concentric the outer wall, and the upper section in the form of a truncated cone, parallel to the outer wall in the form of a truncated cone, and a flat annular flange is installed between the conjugate ends of the lower and upper sections, overlapping the gap between the walls and having an opening for water to pass between the cavity of the shirt, limited by the upper and lower sections of the lower section, while the upper section has a part adjacent to the duct door of the furnace, and a part associated with the flame tube so that the length of the first part exceeds the length of the second part, and the inner I the wall of the middle section is formed by a cylindrical section concentric with the outer wall of this section, and a flat annular flange is installed between the conjugate ends of the lower and middle sections, covering the gap between the walls and having an opening for water to pass between the cavities of the shirts of the middle and lower sections, and from the side of the flame tube having an opening radial in plan for the passage of the latter, while the inner wall of the upper section is formed by the upper cylindrical vertical section, concentric with the outer wall, conical an intermediate section conjugated with a cylindrical section and facing a smaller base downward and a lower cylindrical vertical section of a smaller diameter than the upper cylindrical vertical section, and a concentric outer wall and, on the one hand, conjugated with a conical section, and on the other hand having a radially open passage for passage the mating part of the flame tube, and between the mating ends of the upper and middle sections there is a flat annular flange with a hole for water to pass between the cavity of the jacket to the upper and middle sections, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the lower cylindrical section of the inner wall of the upper section, and in the area of this flange adjacent to the flame tube, there is a radial opening in the plan for the passage of the latter, and the upper section is closed from above with a flat annular flange of constant width at the same time, a pipe for supplying network water is installed in the outer wall of the lower section, and a pipe for discharging heated water is connected to the inlet pipe of the heat exchange in the outer wall of the upper section nick basic backbone in which the integrated delivery pump with its inlet and which is connected with the pump portion and an outlet portion - to the inlet of the heat exchanger, the inlet and outlet portions of the main line connected between a bypass highway in which the backup hydraulic pump is installed.

На фиг. 1 изображена общая схема газогенераторной котельной установки. In FIG. 1 shows a general diagram of a gas generator boiler plant.

На фиг. 2 изображена газогенераторная топка установки (продольный разрез). In FIG. 2 shows a gas generator furnace (longitudinal section).

На фиг. 3 изображено сечение А-А фиг. 2. In FIG. 3 shows a section AA of FIG. 2.

Газогенераторная котельная установка содержит газогенераторную топку 1 и теплообменник 2, связанные между собой жаровой трубой 3. Топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива. Нижняя секция имеет установленное на ножках 4 днище 5. На днище закреплен цилиндрический вертикальный участок 6 наружной стенки и концентричный ему нижний цилиндрический вертикальный участок 7 внутренней стенки, ограничивающий с участком 6 полость А водяной рубашки. В камере корпуса, ограниченной стенкой 7, установлена колосниковая решетка, образованная кронштейнами 8, наружные концы которых прикреплены к стенке 7, а внутренние концы - к гильзе 9. На кронштейны 8 одета своими прорезями цилиндрическая опора 10, в верней части которой выполнены выемки для установки стержня 11, прикрепленного к кольцу 12, на верхней части которого закреплены стержни 13 колосника. С одной стороны нижней секции корпуса расположен короб 14 для установки дверцы 15 зольника, а с другой стороны - патрубок 16 для подвода сетевой воды. Верхний участок 17 внутренней стенки нижней секции выполнен в виде усеченного конуса, параллельного наружной стенке 18 в виде усеченного конуса, между которыми образована полость Б водяной рубашки. Верхний участок нижней секции имеет часть, прилегающую к коробу 19 дверцы топки 20, и часть, сопряженную с жаровой трубой 3 так, что длина первой части превышает длину второй части. Короб 19 проходит через верхний участок 17 и стенку 18, а дверца топки 20 имеет теплоизоляционный экран 21. В дверце топки расположено смотровое окно 22, закрываемое заслонкой 23. Между сопряженными торцами верхнего и нижнего участков нижней секции установлен плоский кольцевой фланец 24, перекрывающий зазор между ними и имеющий отверстие 25 для прохода воды между полостями А и Б водяной рубашки. Внутренняя стенка средней секции образована цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке 26. Между сопряженными торцами нижней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец 27, перекрывающий зазор между их стенками и имеющий отверстие 28 для прохода воды между полостью С средней секции и полостью Б нижней секции. Фланец 27 имеет со стороны жаровой трубы 3 радиальный в плане проем для прохода этой трубы. Внутренняя стенка верхней секции образована верхним цилиндрическим вертикальным участком 29, концентричным наружной цилиндрической стенке 30, коническим промежуточным участком 31, сопряженным с участком 29 и обращенным меньшим основанием вниз и нижним цилиндрическим участком 32 меньшего диаметра, чем верхний цилиндрический вертикальный участок 29. Участок 32 с одной стороны сопряжен с коническим участком 31, а с другой стороны имеет радиальный в плане проем для прохода сопряженной части жаровой трубы 3. Между сопряженными торцами верхней и средней секций установлен плоский кольцевой фланец 33, перекрывающий зазор между их стенками и имеющий отверстие 34 для прохода воды между полостью С средней секции и полостью D верхней секции. Внутренний диаметр фланца 33 равен наружному диаметру участка 32, а в зоне этого фланца, прилегающей к жаровой трубе 3, выполнен радиальный в плане проем для прохода этой трубы. Верхняя секция закрыта сверху плоским кольцевым фланцем постоянной ширины, а сверху на этой секции установлен бункер 35 для загрузки топлива. В наружной стенке верхней секции установлен патрубок 36 для отвода нагретой воды, связанный с входным патрубком 37 теплообменника основной магистралью 38, в которую встроен нагнетательный насос 39. Магистраль своим входным участком через вентиль 40 связана с насосом, а выходным участком через вентиль 41 с патрубком 37. Входной и выходной участки основной магистрали 38 связаны между собой перепускной магистралью 42, в которую встроен резервный гидронасос 43. Перепускная магистраль связана своим входным участком через вентиль 44 с насосом 43, а выходным участком через вентиль 45 с патрубком 37 теплообменника, имеющего выходной патрубок 46 для подачи горячей воды к потребителю и патрубок 47 для выхода дымовых газов. The gas-generating boiler installation contains a gas-generating furnace 1 and a heat exchanger 2 interconnected by a flame tube 3. The furnace is formed by a vertical shaft-type housing having a lower section defining the combustion and gasification zone, a middle section defining the pyrolysis zone, and an upper section defining the fuel drying zone and having a hopper for loading fuel. The lower section has a bottom 5 mounted on the legs 4. A cylindrical vertical section 6 of the outer wall and a lower cylindrical vertical section 7 of the inner wall concentric to it, bounding the cavity A of the water jacket with section 6, are fixed. In the housing chamber, limited by wall 7, there is a grate formed by brackets 8, the outer ends of which are attached to the wall 7, and the inner ends to the sleeve 9. The brackets 8 are equipped with their slots a cylindrical support 10, in the upper part of which are made recesses for installation a rod 11 attached to the ring 12, on the upper part of which the grate rods 13 are fixed. On one side of the lower section of the housing there is a duct 14 for installing the ashpit door 15, and on the other hand, a nozzle 16 for supplying network water. The upper section 17 of the inner wall of the lower section is made in the form of a truncated cone parallel to the outer wall 18 in the form of a truncated cone, between which the cavity B of the water jacket is formed. The upper section of the lower section has a part adjacent to the box 19 of the door of the furnace 20, and a part associated with the flame tube 3 so that the length of the first part exceeds the length of the second part. The box 19 passes through the upper section 17 and the wall 18, and the furnace door 20 has a heat-insulating screen 21. In the furnace door there is a viewing window 22 closed by a shutter 23. A flat annular flange 24 is installed between the mating ends of the upper and lower sections of the lower section, overlapping the gap between them and having an opening 25 for the passage of water between the cavities A and B of the water jacket. The inner wall of the middle section is formed by a cylindrical section concentric with the outer wall 26. A flat annular flange 27 is installed between the conjugate ends of the lower and middle sections, covering the gap between their walls and having an opening 28 for water to pass between the cavity C of the middle section and the cavity B of the lower section. Flange 27 has an opening on the side of the flame tube 3 in plan view for the passage of this pipe. The inner wall of the upper section is formed by the upper cylindrical vertical section 29, the concentric outer cylindrical wall 30, the conical intermediate section 31, conjugated with the section 29 and facing the smaller base down and the lower cylindrical section 32 of smaller diameter than the upper cylindrical vertical section 29. Section 32 with one the side is mated with a conical section 31, and on the other hand has a radially open aperture for the passage of the mating portion of the flame tube 3. Between the mating ends of the upper and a single annular section has a flat annular flange 33, overlapping the gap between their walls and having an opening 34 for the passage of water between the cavity C of the middle section and the cavity D of the upper section. The inner diameter of the flange 33 is equal to the outer diameter of the portion 32, and in the area of this flange adjacent to the flame tube 3, a radial opening is made in plan for the passage of this pipe. The upper section is closed from above with a flat annular flange of constant width, and a hopper 35 for loading fuel is mounted on top of this section. In the outer wall of the upper section, a pipe 36 for discharging heated water is connected, connected to the inlet pipe 37 of the heat exchanger by the main line 38, into which the discharge pump 39 is integrated. The main line through the valve 40 is connected to the pump, and the outlet section through the valve 41 to the pipe 37 The inlet and outlet sections of the main line 38 are interconnected by a bypass line 42 into which a standby hydraulic pump 43 is built in. The bypass line is connected by its inlet section through a valve 44 to a pump 43, and the outlet section through a valve 45 with a pipe 37 of a heat exchanger having an outlet pipe 46 for supplying hot water to the consumer and a pipe 47 for the exit of flue gases.

Газогенераторная котельная установка работает следующим образом. Древесные отходы (куски древесины длиной до 0,5 м, щепа, опилки, кора) загружают в бункер 35. Под действием силы тяжести топливо постепенно опускается вниз, проходя через верхнюю секцию установки (зона подсушки топлива), среднюю секцию (зона пиролиза) и нижнюю секцию (зона горения и газификации). Пространство топки находится под разрежением за счет дымовой трубы при работе на естественной тяге. Воздух проходит через дверцу 15 зольника снизу вверх и через неплотности крышки бункера сверху вниз, проходя последовательно через зоны горения и пиролиза, где образуется пиролизный газ, который сгорает как в жаровой трубе, так и в теплообменнике 2. В зоне сушки благодаря наличию водяной рубашки температура воды в которой составляет 80-100^oC, из топлива удаляется основная масса влаги. В зоне пиролиза при температуре 200-800^oC из подсушенного топлива активно выделяются летучие в виде газов и смол и удаляется оставшаяся вода. Часть пиролизного газа смешивается с воздухом, поступившим через топливный слой в бункере, и сгорает. В зоне горения и газификации при температуре 700-900^oC образуются генераторный газ (CO, CO₂, H₂, N₂) и пиролизный газ, который отводится в жаровую трубу 3, где смешиваются со вторичным воздухом и активно сгорают внутри теплообменных поверхностей. Сетевая вода подается в водяную рубашку нижней секции через патрубок 16, нагревается в зоне горения, отдает часть своего тепла в зоне сушки топливу, а затем выходит через патрубок 36 с температурой 60-80^oC и поступает в основную магистраль 38. При этом вентили 40, 41 открыты, а вентили 44, 45 закрыты так, что вода насосом 39 закачивается через патрубок 37 в теплообменник 2, в котором при сгорании пиролизного газа ее температура поднимается до 115^oC. При отказе насоса 39 включают резервный насос 43, вентили 40, 41 закрывают, а вентили 44, 45 открывают и вода подается в патрубок 37 по перепускной магистрали 42.Gas-generating boiler installation operates as follows. Wood waste (pieces of wood up to 0.5 m long, wood chips, sawdust, bark) are loaded into the hopper 35. Under the influence of gravity, the fuel gradually drops down, passing through the upper section of the installation (fuel drying zone), the middle section (pyrolysis zone) and lower section (combustion and gasification zone). The furnace chamber is under vacuum due to the chimney when working on natural draft. Air passes through the ash pan door 15 from the bottom up and through the leaks of the hopper lid from top to bottom, passing sequentially through the combustion and pyrolysis zones, where pyrolysis gas is generated, which burns both in the flame tube and in the heat exchanger 2. In the drying zone, due to the presence of a water jacket, the temperature water in which is 80-100 ^o C, the bulk of the moisture is removed from the fuel. In the pyrolysis zone at a temperature of 200-800 ^o C volatile in the form of gases and resins are actively released from the dried fuel and the remaining water is removed. Part of the pyrolysis gas mixes with the air entering through the fuel layer in the hopper and burns out. In the combustion and gasification zone at a temperature of 700-900 ^° C, generator gas (CO, CO ₂ , H ₂ , N ₂ ) and pyrolysis gas are formed, which are discharged into the flame tube 3, where they are mixed with secondary air and actively burn inside the heat exchange surfaces. Mains water is supplied to the water jacket of the lower section through the nozzle 16, is heated in the combustion zone, gives off part of its heat in the drying zone to the fuel, and then leaves through the nozzle 36 with a temperature of 60-80 ^o C and enters the main line 38. The valves 40 41 are open, and the valves 44, 45 are closed so that the water pump 39 is pumped through the pipe 37 into the heat exchanger 2, in which when the pyrolysis gas is burned, its temperature rises to 115 ^o C. If the pump 39 fails, turn on the backup pump 43, the valves 40, 41 close, and valves 44, 45 open and water is supplied in the pipe 37 along the bypass line 42.

Claims

A gas generating boiler installation comprising a gas generating furnace connected by a heat pipe to a heat exchanger having an inlet for supplying water, the furnace being formed by a vertical shaft-type housing having a section restricting the combustion and gasification zone, a middle section restricting the pyrolysis zone, and an upper section, the bounding area of the fuel drying and having a hopper for loading fuel, while the lower section is limited by the outer cylindrical wall, in the cavity of which there is a grate, and in the side parts - a box for placing the ash pan door and the furnace door, the middle section is bounded by the outer cylindrical wall, the upper section is bounded by the outer cylindrical wall and connected to the hopper for loading fuel, and a flame tube is brought out to the middle section on one side, characterized in that it is provided with an inner the wall bounding together with the outer wall the water jacket, while the inner wall of the lower section is formed by the lower cylindrical section, concentric to the outer wall, and the upper section in the form of a a truncated cone parallel to the outer wall in the form of a truncated cone, and between the mating ends of the lower and upper sections there is a flat annular flange that overlaps the gap between the walls and has an opening for water to pass between the cavity of the shirt, limited to the upper and lower sections of the lower section, while the upper section has a part adjacent to the box of the furnace door, and a part associated with the flame tube so that the length of the first part exceeds the length of the second part, and the inner wall of the middle section is formed by a cylinder A flat section flange is installed between the conjugate ends of the lower and middle sections, which covers the gap between the walls and has an opening for the passage of water between the cavities of the shirts of the middle and lower sections, and has an opening radial in plan from the side of the flame tube for the passage of the latter, while the inner wall of the upper section is formed by the upper cylindrical vertical section, concentric to the outer wall, a conical intermediate section mated to cylindrical a richer section and a smaller base facing down and a lower cylindrical vertical section of a smaller diameter than the upper cylindrical vertical section, and a concentric outer wall and, on the one hand, conjugated with a conical section, and on the other hand, having a radially open opening for passage of the conjugated part of the flame tube, and between the mating ends of the upper and middle sections there is a flat annular flange with an opening for the passage of water between the cavities of the shirts of the upper and middle sections, an inner diameter which is equal to the outer diameter of the lower cylindrical section of the inner wall of the upper section, and in the zone of this flange adjacent to the flame tube, a radial opening is made in plan for the passage of the latter, and the upper section is closed from above by a flat annular flange of constant width, while in the outer wall of the lower section installed pipe for supplying network water, and in the outer wall of the upper section there is a pipe for draining heated water associated with the inlet pipe of the heat exchanger main line, which is built a discharge hydraulic pump and which, with its inlet section, is connected to the pump, and the outlet section, with the inlet pipe of the heat exchanger, the inlet and outlet sections of the main line being interconnected by a bypass line in which the standby hydraulic pump is installed.