RU2500954C1 - Многофункциональное топочное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на промышленных котельных при комбинированной выработке пара, стройматериалов и активированного угля. Многофункциональное топочное устройство содержит вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие, подовое перекрытие со скатами со стороны фронтовой и задней стен, установленные на фронтовой стене, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовые горелки, имеющие вертикальные плоскости симметрии, вертикально-щелевые каналы для ввода окислителя и направленные в сторону камеры сгорания газовые сопла, размещенные между газовыми горелками вертикально-щелевые каналы для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания, имеющие вертикальные плоскости симметрии, установленные, по крайней мере, в один горизонтальный ряд на задней стене основные воздушные сопла, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, размещенное на задней стене с примыканием к потолочному перекрытию окно для вывода газообразных продуктов сгорания, размещенные в охлаждаемом кожухе в центре подового перекрытия шнековые узлы для вывода из камеры сгорания коксовых частиц, воздушные охладители кипящего слоя с подводящими воздуховодами и сбросными газоходами, дополнительные воздушные сопла первой ступени, размещенные на фронтовой стене под вертикально-щелевыми каналами, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии этих вертикально-щелевых каналов, а также паровые сопла и размещенные на задней стене с наклоном к подовому скату и имеющие собственные вертикальные плоскости симметрии дополнительные воздушные сопла второй ступени. Вертикальные плоскости симметрии дополнительных воздушных сопл второй ступени совмещают с вертикальными плоскостями симметрии вертикально-щелевых каналов для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания и дополнительных воздушных сопл первой ступени, паровые сопла устанавливают равномерно в кожухе выводящего коксовые частицы шнекового узла навстречу выводимому потоку частиц, а сбросные газоходы охладителей кипящего слоя подключают к дополнительным воздушным соплам первой и второй ступени. Изобретение позволяет активировать порошкообразный уголь. 3 ил.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций и промышленных котельных при комбинированной выработке пара, стройматериалов и активированного угля.

Известно топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые стены, фронтовую стену с установленными, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовыми горелками, имеющими каналы для ввода окислителя и газовые сопла, заднюю стену, потолочное и подовое перекрытия, окно для вывода продуктов сгорания, размещенное в задней стене и примыкающее к потолочному перекрытию (В.А. Спейшер, А.Д. Горбаненко. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. Энергоиздат, М., 1982, с.156-157). Недостаток устройства - ограниченные возможности использования, связанные только с выработкой пара Устройство может работать только на природном газе, исключается, в частности, ввод в камеру сгорания угольной пыли и переработка последней в стройматериал или активированный уголь.

Известно топочное устройство, содержащее вертикальную камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие, окно вывода продуктов сгорания, размещенное на задней стене и примыкающее к потолочному перекрытию, газовые горелки, размещенные на фронтовой стене и имеющие вертикальные плоскости симметрии, каналы для ввода воздуха и встроенные в них сопл для ввода газа, направленные в сторону камеры сгорания, воздушные сопла, размещенные на задней стене и имеющие вертикальные плоскости симметрии, совмещенные с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, а также подовое перекрытие (патент РФ №2303193; МПК F23С 1/12 от 10.04.2006 г., Б.И. №20 от 2007 г.). Недостаток устройства - отсутствие возможности активирования угля, ограниченное использование только для выработки пара.

Известно также топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые стены, фронтовую стену с пылеугольными горелками, установленными на фронтовой стене, по крайне мере, в один горизонтальный ряд, имеющими каналы для ввода окислителя и угольной пыли, а также заднюю стену с соплами для ввода воздуха, потолочное перекрытие, подовое перекрытие со скатами, примыкающими к фронтовой и задней стенам и шнековым узлом вывода шлаковых частиц прогоревшего угля, окно для вывода газообразных продуктов сгорания, размещенное на задней стене и примыкающее к потолочному перекрытию (авторское свидетельство СССР №1059344, МПК F23С 7/02 от 27.10.82 г.; Б.И. №45 от 07.12.83 г.). Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля, его вывода в качестве продукта потребителю.

Известно многофункциональное топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное и подовые перекрытия, размещенные на фронтовой стене пылеугольные горелки, установленные на задней стене воздушные сопла, окно для вывода продуктов сгорания, установленные на боковых стенах газовые горелки (патент РФ №2076998; МПК F23С 1/12 от 07.03.1995 г., Б.И. №10 от 1997 г.). Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля, его вывода в качестве продукта потребителю.

Известно топочное устройство, содержащее вертикальную камеру сгорания, ограждающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное и подовое перекрытия, размещенные на стенах горелки, окно для вывода продуктов сгорания, размещенный в поду узел вывода шлаковых частиц из топки и сопла для ввода пара (Перевод котла БКЗ-220 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев и др. // Электрические станции, №11, 1991. - с.17-22). Устройство является элементом котла, вырабатывающего пар. Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля и его вывода потребителю в качестве продукта.

Известно топочное устройство, содержащее вертикальную камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное и подовое перекрытия, окно для вывода продуктов сгорания из топки, размещенные на стенах горелки, размещенный в поду узел вывода шлаковых частиц из топки, воздушный охладитель частиц кипящего слоя с подводящими воздуховодами и отводящим газоходом, узлом вывода частиц потребителю (Результаты испытания и совершенствование парового котла производительностью 58,3 кг/с с газогенератором твердого топлива / В.В. Осинцев и др. // Теплоэнергетика, №5, 2002. - с.36-41). Устройство является элементом котла, вырабатывающего пар и шлаковый стройматериал для производства силикатного кирпича. Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля и его вывода потребителю в качестве продукта.

Известно топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие с окнами для вывода продуктов сгорания, пылеугольные горелки, размещенные на стенах, подовое перекрытие со скатами, примыкающими к стенам, и шнековыми узлами вывода прогоревших угольных частиц, воздушные сопла, наклоненные в сторону пода и направленные вдоль его скатов (авторское свидетельство СССР №1150433, МПК F23С 6/02 от 06.04.83 г.; Б.И. №14 от 15.03.85 г.). Устройство является элементом котла, вырабатывающего пар заданных параметров. Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля, его вывода в качестве продукта потребителю.

Известно многофункциональное топочное устройство, содержащее вертикальную камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное и подовое перекрытия, с установленными на фронтовой стене, по крайней мере в один горизонтальный ряд газовыми горелками, имеющими вертикальные плоскости симметрии, вертикально-щелевые каналы для ввода окислителя, направленные в сторону камеры сгорания газовые сопла, размещенные между газовыми горелками вертикально-щелевые каналы для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания, имеющие вертикальные плоскости симметрии, установленные в один горизонтальный ряд на задней стене основные воздушные сопла, имеющие вертикальные плоскости симметрии, совмещенные с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, размещенное на задней стене с примыканием к потолочному перекрытию окно для вывода газообразных продуктов сгорания, дополнительные воздушные сопла, размещенные на фронтовой стене под каналами для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания и имеющие вертикальные плоскости симметрии, совмещенные с вертикальными плоскостями симметрии этих вертикально-щелевых каналов (Особенности и организация факельного процесса в топке с многофункциональными горелками / В.В. Осинцев и др. // Электрические станции, №11, 2002. - с.14-19, рис.1, 2; патент РФ №2228491; МПК F23D 17/00 от 15.04.2003 г., Б.И. №13 от 2007 г.). Устройство является элементом котла, вырабатывающего пар заданных параметров. Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля, его вывода в качестве продукта потребителю.

Известно наиболее близкое многофункциональное топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие, подовое перекрытие со скатами со стороны фронтовой и задней стен, установленные на фронтовой стене, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовые горелки, имеющие вертикальные плоскости симметрии, вертикально-щелевые каналы для ввода окислителя и направленные в сторону камеры сгорания газовые сопла, размещенные между газовыми горелками вертикально-щелевые каналы для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания, имеющие вертикальные плоскости симметрии, установленные, по крайней мере, в один горизонтальный ряд на задней стене основные воздушные сопла, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, размещенное на задней стене с примыканием к потолочному перекрытию окно для вывода газообразных продуктов сгорания, размещенные в охлаждаемом кожухе в центре подового перекрытия шнековые узлы для вывода из камеры сгорания коксовых частиц, воздушные охладители кипящего слоя с подводящими воздуховодами и сбросными газоходами, дополнительные воздушные сопла первой ступени, размещенные на фронтовой стене под вертикально-щелевыми каналами, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии этих вертикально-щелевых каналов, а также паровые сопла и размещенные на задней стене с наклоном к подовому скату и имеющие собственные вертикальные плоскости симметрии дополнительные воздушные сопла второй ступени (патент РФ №2267055; МПК F23С 1/12 от 31.01.2005 г., Б.И. №36 от 2005 г.). Устройство является элементом котла, вырабатывающего пар заданных параметров. Недостаток устройства - отсутствие возможности ведения управляемого процесса активирования угля, его вывода в качестве продукта потребителю.

Задача изобретения - организация процесса активирования угольных частиц, вывода их потребителю в качестве продукта с сохранением независимой выработки пара.

Поставленную задачу решает многофункциональное топочное устройство, вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие, подовое перекрытие со скатами со стороны фронтовой и задней стен, установленные на фронтовой стене, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовые горелки, имеющие вертикальные плоскости симметрии, вертикально-щелевые каналы для ввода окислителя и направленные в сторону камеры сгорания газовые сопла, размещенные между газовыми горелками вертикально-щелевые каналы для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания, имеющие вертикальные плоскости симметрии, установленные, по крайней мере, в один горизонтальный ряд на задней стене основные воздушные сопла, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, размещенное на задней стене с примыканием к потолочному перекрытию окно для вывода газообразных продуктов сгорания, размещенные в охлаждаемом кожухе в центре подового перекрытия шнековые узлы для вывода из камеры сгорания коксовых частиц, воздушные охладители кипящего слоя с подводящими воздуховодами и сбросными газоходами, дополнительные воздушные сопла первой ступени, размещенные на фронтовой стене под вертикально-щелевыми каналами, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии этих вертикально-щелевых каналов, а также паровые сопла и размещенные на задней стене с наклоном к подовому скату и имеющие собственные вертикальные плоскости симметрии дополнительные воздушные сопла второй ступени, где, согласно изобретению, вертикальные плоскости симметрии дополнительных воздушных сопл второй ступени совмещены с вертикальными плоскостями симметрии вертикально-щелевых каналов для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания и дополнительных воздушных сопл первой ступени, паровые сопла установлены равномерно в кожухе выводящего коксовые частицы шнекового узла навстречу выводимому потоку частиц, а сбросные газоходы охладителей кипящего слоя подключены к дополнительным воздушным соплам первой и второй ступени.

Совмещение вертикальных плоскостей симметрии дополнительных воздушных сопл второй ступени с вертикальными плоскостями симметрии вертикально-щелевых каналов для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания и дополнительных воздушных сопл первой ступени позволяет вести управляемые реакции активирования угольных частиц с нагревом, выделением и сжиганием легких фракций летучих веществ; установкой паровых сопл в кожухе выводящего коксовые частицы шнекового узла навстречу выводимому потоку частиц достигается эффективный вывод тяжелых фракций летучих веществ; подключение газоходов охладителей кипящего слоя к дополнительным воздушным соплам минимизирует расход газа на нагрев водимых в топку угольных частиц за счет использования выводимой из охладителя теплоты.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема многофункционального топочного устройства, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Многофункциональное топочное устройство на фиг.1, 2, 3 содержит вертикальную призматическую камеру сгорания 1, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены 2, 3, 4, 5 соответственно, потолочное перекрытие 6, подовое перекрытие 7 со скатами 8, 9 со стороны фронтовой и задней стен 4, 5 соответственно, установленные на фронтовой стене 4, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовые горелки 10, имеющие вертикальные плоскости симметрии а, вертикально-щелевые каналы 11 для ввода окислителя 12 и направленные в сторону камеры сгорания 1 газовые сопла 13 для ввода газа 14, размещенные между газовыми горелками 10 вертикально-щелевые каналы 15 для ввода смеси угольных частиц 16 и газообразных продуктов сгорания 17, имеющие вертикальные плоскости симметрии β, установленные, по крайней мере, в один горизонтальный ряд на задней стене 5 основные воздушные сопла 18, имеющие вертикальные плоскости симметрии γ, совмещенные с вертикальными плоскостями симметрии α газовых горелок 10, размещенное на задней стене 5 с примыканием к потолочному перекрытию 6 окно 19 для вывода газообразных продуктов сгорания 20, размещенные в охлаждаемом кожухе 21 в центре подового перекрытия 7 шнековые узлы 22 для вывода из камеры сгорания 1 коксовых частиц 23, воздушные охладители 24 коксовых частиц 23 кипящего слоя с подводящими воздуховодами 25 и сбросными газоходами 26, дополнительные воздушные сопла 27 первой ступени, размещенные на фронтовой стене 4 под вертикально-щелевыми каналами 15 для ввода смеси угольных частиц 16 и газообразных продуктов сгорания 17, имеющие вертикальные плоскости симметрии δ, совмещенные с вертикальными плоскостями симметрии β каналов 15, а также паровые сопла 28 и размещенные на задней стене 5 с наклоном к подовому скату 9 и имеющие собственные вертикальные плоскости симметрии ε дополнительные воздушные сопла 29. Особенностью устройства на фиг.1, 2, 3 является совмещение вертикальных плоскостей симметрии ε дополнительных воздушных сопл 29 с вертикальными плоскостями симметрии α, β вертикально-щелевых каналов 15 для ввода смеси угольных частиц 16 и газообразных продуктов сгорания 17 и дополнительных воздушных сопл 27 первой ступени, равномерная установка в кожухе 21 выводящего коксовые частицы 23 шнекового узла 22 навстречу выводимому потоку частиц 23 паровых сопл 28, подключение сбросных газоходов 26 охладителей 24 кипящего слоя к дополнительным воздушным соплам 27, 29 первой и второй ступеней соответственно.

Работа многофункционального топочного устройства на фиг.1, 2, 3 осуществляется в режимах выработки активированного угля и тепловой энергии (пара), выработки стройматериала и тепловой энергии, а также выработки только тепловой энергии. В режиме выработки активированного угля и тепловой энергии в камеру сгорания 1 через горелки 10 вводят струи газа 14 и окислителя 12. При взаимодействии топливных и окислительных потоков 14, 12 в камере образуются газовые факелы 30, выделяющие теплоту. Через сопла 15 в топку вводят потоки двухфазной смеси из частиц угля 16 и продуктов сгорания 17. Угольные частицы 16 предварительно фракционируют по размеру, что исключает вынос в выходное окно 19 мелочи. При попадании в топку частицы угля 16 под воздействием теплового излучения прогреваются. Потоки продуктов сгорания газовых факелов 30 отводятся вдоль задней стены 5 в выходное окно 19. Частицы угля 16 в потоке 17 направляют на заднюю стену 5 и вдоль ската 9 с помощью потоков воздуха 31 из дополнительных сопл 29 второй ступени вводят в плотные шнековые узлы 22. При движении потока вдоль ската 9 из частиц 16 выделяются легкие фракции летучих веществ. В шнек попадают коксовые частицы 23 без части упомянутых фракций летучих веществ. В шнековом узле 22 в противоток частицам 23 через сопла 28 вводят струи пара, что инициирует выход тяжелых фракций летучих веществ; последние, выделяясь из частиц 23, вместе с паром выносятся в объем камеры сгорания 1 и сгорают. Очищенные от легких и тяжелых летучих веществ коксовые частицы 32 попадают в охладитель 24, где охлаждаются потоками воздуха 33 и водонагревателями 34. Охлажденные коксовые частицы 32 представляют собой активированный узкофракционированный порошкообразный уголь, готовый продукт, выводимый потребителю. Нагретые и загрязненные потоки воздуха 35 из охладителей 24 направляют в газовые фильтры 36, далее в газоходы 26, подключенные к соплам 27, 29. Фильтры 36 имеют системы продувки (очистки) 37.

Совмещение вертикальных плоскостей симметрии 8 дополнительных воздушных сопл 29 второй ступени с вертикальными плоскостями симметрии α, β вертикально-щелевых каналов 15 для ввода смеси угольных частиц 16 и газообразных продуктов сгорания 17 и дополнительных воздушных сопл 27 первой ступени позволяет вести управляемые реакции активирования угольных частиц 16 с нагревом, выделением и сжиганием легких фракций летучих веществ; установкой паровых сопл 28 в кожухе 21 выводящего коксовые частицы 32 шнекового узла навстречу выводимому потоку частиц 16 достигается эффективный вывод тяжелых фракций летучих веществ; подключение газоходов 26 охладителей 24 кипящего слоя к дополнительным воздушным соплам 27, 29 минимизирует расход газа 14 на нагрев водимых в топку угольных частиц 16 за счет использования выводимой из охладителей 24 теплоты.

В режиме выработки стройматериалов и тепловой энергии в камеру сгорания 1 вводят те же реагенты, используют те же узлы ввода и вывода продуктов сгорания, поддерживая более высокий уровень температуры, что позволяет выделять и выжигать из угольных частиц не только летучие вещества, но и большую часть коксового остатка. Выводимый из охладителей 24 продукт 32 направляют на производство огнеупорного и силикатного кирпича.

В режиме выработки только тепловой энергии в камеру сгорания 1 вводят только потоки газа 14 и окислителя 12 через горелки 10 и воздух через сопла 18. В этот период осуществляется наладка и ремонт оборудования по выработке активированного угля и стройматериалов.

Практическое использование предлагаемого многофункционального топочного устройства связано с котлами промышленных котельных и тепловых электростанций. Особенно выгодно данное устройство при использовании коксового газа как сопутствующего продукта коксования на крупных промышленных предприятиях.

Claims (1)

1. Многофункциональное топочное устройство, содержащее вертикальную призматическую камеру сгорания, ограничивающие боковые, фронтовую и заднюю стены, потолочное перекрытие, подовое перекрытие со скатами со стороны фронтовой и задней стен, установленные на фронтовой стене, по крайней мере, в один горизонтальный ряд газовые горелки, имеющие вертикальные плоскости симметрии, вертикально-щелевые каналы для ввода окислителя и направленные в сторону камеры сгорания газовые сопла, размещенные между газовыми горелками вертикально-щелевые каналы для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания, имеющие вертикальные плоскости симметрии, установленные, по крайней мере, в один горизонтальный ряд на задней стене основные воздушные сопла, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии газовых горелок, размещенное на задней стене с примыканием к потолочному перекрытию окно для вывода газообразных продуктов сгорания, размещенные в охлаждаемом кожухе в центре подового перекрытия шнековые узлы для вывода из камеры сгорания коксовых частиц, воздушные охладители кипящего слоя с подводящими воздуховодами и сбросными газоходами, дополнительные воздушные сопла первой ступени, размещенные на фронтовой стене под вертикально-щелевыми каналами, вертикальные плоскости симметрии которых совмещены с вертикальными плоскостями симметрии этих вертикально-щелевых каналов, а также паровые сопла и размещенные на задней стене с наклоном к подовому скату и имеющие собственные вертикальные плоскости симметрии дополнительные воздушные сопла второй ступени, отличающееся тем, что вертикальные плоскости симметрии дополнительных воздушных сопл второй ступени совмещены с вертикальными плоскостями симметрии вертикально-щелевых каналов для ввода смеси угольных частиц и газообразных продуктов сгорания и дополнительных воздушных сопл первой ступени, паровые сопла установлены равномерно в кожухе выводящего коксовые частицы шнекового узла навстречу выводимому потоку частиц, а сбросные газоходы охладителей кипящего слоя подключены к дополнительным воздушным соплам первой и второй ступени.

Images