RU2305817C1

RU2305817C1 - Boiler plant

Info

Publication number: RU2305817C1
Application number: RU2005136118/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Таймаров (RU); Михаил Александрович Таймаров; Валерий Михайлович Таймаров (RU); Валерий Михайлович Таймаров
Original assignee: Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ)
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-09-10
Also published as: RU2005136118A

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: boiler plant comprises furnace and gas duct whose convective section receives the economizer surface and separation surface and radiation section receives shield surface, a part of the steam overheating surface, and units for chemical treating water, water making up, and units for removing salt admixtures from the boiler water. The other part of the steam-overheating surface lies in the horizontal section of the gas duct. The plant is provided with the monitoring system that is made of scanning pickups of infrared radiation positioned in the gas duct near the shield, steam-overheating surfaces, and separating surface and is connected with the burning device and units for removing the salt admixtures, chemical treatment of water, and water making up.

EFFECT: enhanced reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к технологии производства тепловой энергии с помощью сжигания топлива и передаче теплоты сгорания рабочей среде через поверхности теплообмена. Оно может быть использовано в теплогенерирующих агрегатах, в которых рабочей средой является вода.The invention relates to the field of energy, in particular to a technology for the production of thermal energy by burning fuel and transferring the heat of combustion to the working medium through heat transfer surfaces. It can be used in heat generating units in which the working medium is water.

Известна котельная установка, содержащая узел химической водоподготовки, узел водяной подпитки, топку для сжигания топлива, узел удаления примесей соли из котловой воды. Стены топки выполнены в виде трубчатых поверхностей, соединенных в панели коллекторами: внизу топки - по воде, вверху топки - по пароводяной смеси. Панели соединены с барабаном котельной установки. Барабан в верхней части соединен через пароперегреватель с главным трубопроводом пара, а в нижней части соединен через экономайзер с трубопроводом возврата конденсата пара и через узел водяной подпитки с узлом химической водоподготовки (см. книгу Ковалев А.П. и др. Парогенераторы. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.23). Узел удаления примесей соли из котловой воды подключен к барабану котла.A well-known boiler installation containing a chemical water treatment unit, a water make-up unit, a furnace for burning fuel, a unit for removing salt impurities from boiler water. The walls of the furnace are made in the form of tubular surfaces connected by collectors in the panel: at the bottom of the furnace - by water, at the top of the furnace - by steam-water mixture. The panels are connected to the drum of the boiler plant. The drum in the upper part is connected through the superheater to the main steam pipeline, and in the lower part it is connected through the economizer to the steam condensate return pipe and through the water make-up unit with the chemical water treatment unit (see the book Kovalev A.P. et al. Steam generators. - M. : Energoatomizdat, 1985, p.23). The unit for removing salt impurities from the boiler water is connected to the drum of the boiler.

При работе котельной установки теплота от продуктов сгорания топлива по ходу движения газов подводится к рабочей среде - воде в топке котла, к экранным поверхностям нагрева, затем к пароперегревательным и экономайзерным. Экономайзерные поверхности подсоединены к барабану котла, в котором происходит разделение среды на пар и жидкость, а также удаление солевых примесей. Удаление солевых примесей осуществляют путем периодической продувки, заключающейся в сливе воды с концентрированным раствором соли из барабана котла в дренаж.During the operation of the boiler installation, the heat from the combustion products of the fuel in the direction of the gas flow is supplied to the working medium - water in the boiler furnace, to the screen heating surfaces, then to the superheater and economizer. Economizing surfaces are connected to the drum of the boiler, in which the medium is divided into steam and liquid, as well as the removal of salt impurities. Removing salt impurities is carried out by periodic purging, which consists in draining water with a concentrated salt solution from the boiler drum into the drainage.

Однако в процессе работы внутри поверхностей нагрева образуются солевые отложения, которые увеличивают термическое сопротивление. При этом возрастает расход топлива на генерацию теплоты и при большой толщине возникает пережог металла труб и разрыв труб.However, during operation, salt deposits form inside the heating surfaces, which increase the thermal resistance. At the same time, fuel consumption for heat generation increases and, with a large thickness, a burnout of the pipe metal and pipe rupture occur.

Другим следствием является нарушение гидродинамики циркуляции воды в пароводяном контуре и возникновение опасных аварийных режимов работы котельной установки, таких как застой и опрокидывание циркуляции.Another consequence is a violation of the hydrodynamics of the water circulation in the steam-water circuit and the occurrence of dangerous emergency modes of operation of the boiler installation, such as stagnation and tipping of the circulation.

Для контроля величины солевых отложений вначале осуществляют остановку работы котла, его расхолаживание, затем вырезку образцов труб и измерение инструментальными методами толщины солевых отложений.To control the amount of salt deposits, the boiler is first stopped, dampened, then the pipe samples are cut and the thickness of the salt deposits is measured by instrumental methods.

Отсюда недостатками известной установки являются отсутствие контроля солевых отложений внутри труб экранных поверхностей и пароперегревателя в процессе работы установки, а также невозможность воздействия на интенсивность образования внутритрубных солевых отложений экранов и пароперегревателя.Hence, the disadvantages of the known installation are the lack of control of salt deposits inside the pipes of the screen surfaces and the superheater during the operation of the installation, as well as the impossibility of influencing the rate of formation of in-pipe salt deposits of the screens and the superheater.

Кроме того, вышеупомянутая котельная установка не может работать при критических и закритических параметрах пара, так как в барабане котла из-за однофазности среды продувка не может быть осуществлена.In addition, the aforementioned boiler plant cannot operate with critical and supercritical steam parameters, since purging cannot be carried out in the boiler drum due to the single-phase nature of the medium.

Известна котельная установка, содержащая топку для сжигания топлива, имеющую экономайзерную, экранную, пароперегревательную поверхности и поверхность разделения, при этом экономайзерная поверхность и поверхность разделения расположены в опускном конвективном газоходе, экранная поверхность и часть пароперегревательной размещены в радиационной части газохода, а другая часть размещена в горизонтальной части газохода, узелы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды. Стены топки выполнены в виде трубчатых поверхностей, соединенных в панели коллекторами: внизу топки - по воде, вверху топки - по пароводяной смеси. Панели соединены с вынесенной в конвективный газоход топки поверхностью разделения, которая в свою очередь соединена с пароперегревателем. Известная котельная установка не имеет барабана в верхней части. Воду после экономайзера направляют в экранные поверхности нагрева топки, а после экранных поверхностей в виде пароводяной смеси направляют в поверхность разделения (см. книгу Двойнишников С.Г. и др. Компоновка паровых котлов. - М.: Высшая школа, 1988, с.82. - прототип). Узел удаления примесей соли из воды конструктивно представляет собой циклонный сепаратор, который размещают после поверхности разделения. Слив воды с высокой концентрацией соли из сепаратора осуществляют периодически без учета интенсивности образования накипи на внутренних экранных и пароперегревательных поверхностях. Солевые отложения внутри труб удаляют периодической промывкой внутритрубного пространства котла после его расхолаживания. Прототипу присущи те же недостатки, которые имеет аналог, за исключением возможности работы на критических и закритических параметрах пара.Known boiler installation containing a furnace for burning fuel, having an economizer, screen, superheater and separation surface, while the economizer and separation surface are located in the lower convective duct, the screen surface and part of the superheater are located in the radiation part of the duct, and the other part is located in horizontal part of the flue, nodes of chemical water treatment, water make-up and removal of salt impurities from boiler water. The walls of the firebox are made in the form of tubular surfaces connected to the panel by collectors: at the bottom of the firebox is water, at the top of the firebox is steam and water mixture. The panels are connected to a separation surface that is carried out in the convection gas duct of the furnace, which, in turn, is connected to a superheater. Known boiler installation does not have a drum in the upper part. Water after the economizer is sent to the screen heating surfaces of the furnace, and after the screen surfaces in the form of a steam-water mixture, it is sent to the separation surface (see the book Twins SG and others. Layout of steam boilers. - M .: Higher school, 1988, p. 82 . - prototype). The unit for removing salt impurities from water is structurally a cyclone separator, which is placed after the separation surface. Draining water with a high salt concentration from the separator is carried out periodically without taking into account the intensity of scale formation on the internal screen and superheater surfaces. Salt deposits inside the pipes are removed by periodic washing of the boiler’s in-pipe space after cooling it down. The prototype has the same drawbacks that its counterpart has, with the exception of the ability to work on critical and supercritical steam parameters.

Задачей настоящего технического решения является предотвращение опасных аварийных режимов работы установки путем контроля образования солевых отложений внутри труб экранных, пароперегревательных поверхностей и поверхностей разделения в работающей котельной установке (без ее расхолаживания).The objective of this technical solution is to prevent dangerous emergency operating conditions of the installation by controlling the formation of salt deposits inside the pipes of screen, superheater and separation surfaces in a working boiler plant (without dampening it).

Это достигается тем, что котельная установка, включающая топку для сжигания топлива, имеющую горелочное устройство и газоход, в опускной конвективной части которого расположены экономайзерная поверхность и поверхность разделения, в радиационной части - экранная поверхность и часть пароперегревательной, а другая часть пароперегревательной поверхности размещена в горизонтальной части газохода, узлы химической водоподготовки, водяной подпитки и удаления примесей соли из котловой воды, снабжена системой контроля, представляющей собой сканирующие датчики инфракрасного излучения, размещенные в газоходе у экранной, пароперегревательной поверхностей и поверхности разделения, и связанные с горелочным устройством и узлами удаления примесей соли, химводоподготовки, водяной подпитки.This is achieved by the fact that the boiler plant, including a furnace for burning fuel, having a burner and a gas duct, in the lowering convective part of which there is an economizer surface and a separation surface, in the radiation part there is a screen surface and a part of a superheater, and the other part of a superheater is placed in a horizontal parts of the gas duct, nodes of chemical water treatment, water recharge and removal of salt impurities from boiler water, is equipped with a control system, which is a canning infrared radiation sensors located in the gas duct near the screen, superheater and separation surfaces, and associated with the burner and the nodes for removing salt impurities, chemical water treatment, water make-up.

На чертеже приведена схема предлагаемой котельной установки.The drawing shows a diagram of the proposed boiler installation.

Установка включает топку, имеющую горелочное устройство 1, расположенное в радиационной части газохода 2, в которой размещена экранная поверхность 3 и часть пароперегревательной поверхности 4, другая часть которой 5 расположена в горизонтальной части газохода 6. В опускной конвективной части газохода 7 размещены экономайзерная 8 и поверхность разделения 9, которая соединена с узлом удаления примесей соли 10. Экономайзерная поверхность подключена к циркуляционному трубопроводу 11, к которому последовательно подключены узлы химводоподготовки 12 и водоподпитки 13. В газоходе размещены сканирующие датчики 14.The installation includes a firebox having a burner device 1 located in the radiation part of the gas duct 2, in which the screen surface 3 and part of the superheater surface 4 are located, the other part of which 5 is located in the horizontal part of the gas duct 6. In the lower convection part of the gas duct 7 there is an economizer 8 and a surface separation 9, which is connected to the node for removing salt impurities 10. The economizer surface is connected to the circulation pipe 11, to which the chemical water treatment units are connected in series and 12 and water make-up 13. Scanning sensors 14 are located in the duct.

Котельная установка работает следующим образом.The boiler installation works as follows.

Котловую воду подают насосом (не показан) через циркуляционный трубопровод 11 в экономайзерные трубчатые поверхности 8, размещенные в опускном конвективном газоходе 7. В экономайзерных поверхностях воду нагревают до температуры начала кипения при соответствующем давлении. После экономайзера нагретую воду подают в экранные поверхности 3, размещенные в радиационной части газохода 2. В экранных поверхностях воду нагревают до температуры интенсивного кипения и подают в выносную нагревательную поверхность разделения 9, размещенную в опускной конвективной части газохода 7, в которой происходит нагрев до состояния сухого насыщенного пара, и одновременно через узел удаления примесей соли 10 происходит продувка и удаление солевых примесей из парового объема. Затем пар подают в радиационно-конвективную пароперегревательную поверхность 4, 5, размещенную частично в верхней зоне радиационной части 2 и в горизонтальном газоходе 6. В пароперегревательной поверхности пар перегревают и направляют в устройства дальнейшей подготовки перед подачей его в паровую турбину (на чертеже турбина не показана). После турбины пар конденсируют и конденсат готовят в устройствах (не показаны) для подачи его через циркуляционный трубопровод 11 в экономайзерные поверхности 8. Потери воды восполняют по трубопроводу 11 от узла подпитки 13 водой, прошедшей через узел химводоочистки 12.Boiler water is supplied by a pump (not shown) through the circulation pipe 11 to the economizer tubular surfaces 8 located in the lowering convective duct 7. In the economizer surfaces, the water is heated to the boiling point at the corresponding pressure. After the economizer, heated water is supplied to the screen surfaces 3 located in the radiation part of the duct 2. In the screen surfaces, the water is heated to a boiling point and fed to the remote heating separation surface 9, located in the lower convection part of the duct 7, in which it is heated to a dry state saturated steam, and at the same time through the node removing salt impurities 10 is purging and removing salt impurities from the vapor volume. Then the steam is fed into the radiation-convective superheater surface 4, 5, partially located in the upper zone of the radiation part 2 and in the horizontal flue 6. In the superheater surface, the steam is overheated and sent to further preparation devices before it is fed to the steam turbine (the turbine is not shown in the drawing ) After the turbine, the steam is condensed and the condensate is prepared in devices (not shown) for feeding it through the circulation pipe 11 to the economizer surfaces 8. The water losses are replenished through the pipe 11 from the make-up unit 13 with water passing through the chemical water treatment unit 12.

Интенсивность образования отложений солей внутри труб экранных поверхностей 3, пароперегревательных поверхностей 4, 5, поверхностей разделения 9 контролируют при помощи бесконтактных инфракрасных сканирующих датчиков 14, предварительно тестированных (отградуированных) по чистым (без внутренних отложений) поверхностям нагрева и связанных с горелочным узлом топки 1, узлом удаления солевых примесей 10, узлом подпитки 13 и узлом химводоочистки 12. При росте отложений накипи внутри труб возрастание термического сопротивления и перегрев трубы дает сигнал инфракрасного излучения, который фиксируется инфракрасным датчиком 14. Затем этот сигнал передается на исполнительные механизмы узла топки 1 для регулирования подачи топлива и уменьшения теплонапряженности в районе локального перегрева трубы. Одновременно сигнал поступает в узел удаления солевых примесей 10 для увеличения слива воды с высокой концентрацией соли, в узел подпитки 13 для восполнения массы слитой воды и на узел химводоподготовки 12 для дополнительной очистки воды. Для определения остаточного ресурса работы котла осуществляют сканирование датчиками всех поверхностей нагрева и сбор информации о дальнейшей надежности и работоспособности котла.The rate of formation of salt deposits inside the pipes of the screen surfaces 3, superheater surfaces 4, 5, separation surfaces 9 is controlled using non-contact infrared scanning sensors 14, pre-tested (calibrated) on clean (without internal deposits) heating surfaces and connected to the burner assembly of the furnace 1, the unit for removing salt impurities 10, the make-up unit 13, and the chemical water treatment unit 12. With the growth of scale deposits inside the pipes, the increase in thermal resistance and overheating of the pipe an infrared signal, which is fixed the infrared sensor 14. This signal is then transmitted to the actuators of the furnace assembly 1 for controlling the supply of fuel and reducing thermal stress in an area of local overheating of the tube. At the same time, the signal enters the unit for removing salt impurities 10 to increase the discharge of water with a high salt concentration, to the make-up unit 13 to replenish the mass of drained water, and to the chemical water treatment unit 12 for additional water purification. To determine the residual life of the boiler, sensors scan all heating surfaces and collect information on the further reliability and availability of the boiler.

Claims

A boiler plant, including a furnace for burning fuel, having a burner and a gas duct, in the lower convective part of which there is an economizer surface and a separation surface, in the radiation part - a screen surface and part of a superheater, and the other part of a superheater surface is located in the horizontal part of the gas duct, chemical units water treatment, water recharge and removal of salt impurities from boiler water, characterized in that it is equipped with a control system, which is scanning infrared radiation sensors located in the gas duct near the screen, superheater and separation surfaces and connected with the burner device and units for removing salt impurities, chemical water treatment, water make-up.