Предлагаемый пылеугольный котел относится к области энергетики и может быть использован на тепловых электростанциях.The proposed pulverized coal boiler belongs to the field of energy and can be used in thermal power plants.
Известен пылеугольный котел, содержащий вертикальную экранированную топку с горелками, верхним газовым окном, холодной воронкой, верхний горизонтальный газоход с пакетами пароперегревателя, а также опускной вертикальный газоход с пакетами водяного экономайзера и воздушного подогревателя (аналог - рис. 2 на стр. 258 сборника Паровые котлы большой мощности, изд. ЦКТИ, Л., 1982 г.). Недостатки котла-аналога заключаются в том, что его топка оборудована только горелками и в связи с этим характеризуется повышенным образованием в ее объеме токсичных оксидов азота. Кроме того, недостаток котла-аналога состоит в большой длине паропроводов, что исключает использование компоновочных решений аналога на котлах большой мощности с ультрасверхкритическими параметрами пара, поскольку металл этих паропроводов является чрезвычайно дорогим, т.к. содержит, например, никель.A well-known pulverized coal boiler containing a vertical shielded firebox with burners, an upper gas window, a cold funnel, an upper horizontal gas duct with packages of a superheater, and a lowering vertical gas duct with packages of a water economizer and an air heater (analogue - Fig. 2 on page 258 of the Steam boilers collection high power, ed. CKTI, L., 1982). The disadvantages of the analog boiler are that its furnace is equipped with burners only and, therefore, is characterized by increased formation of toxic nitrogen oxides in its volume. In addition, the disadvantage of the analog boiler is the large length of the steam pipelines, which eliminates the use of layout solutions of the analog on high power boilers with ultra-supercritical steam parameters, since the metal of these steam pipelines is extremely expensive, because contains, for example, nickel.
Относительно короткими паропроводами характеризуется пылеугольный котел-прототип, содержащий топку квадратного сечения с экранированными вертикальными ограждениями, потолком, нижнее газовые окно, холодную воронку, нижний горизонтальный газоход с ширмовыми пароперегревателями острого и вторичного пара, подъемный вертикальный газоход с пакетами пароперегревателей обоих давлений и водяного экономайзера, верхний соединительный горизонтальный газоход, опускной вертикальный газоход с установкой селективного каталитического восстановления оксидов азота и пакетами воздушного подогревателя. В угловых зонах верхней части топки котла-прототипа установлены четырехъярусные тангенциально направленные и горизонтальные горелки и сопла вторичного воздуха, а в нижерасположенной зоне - двухсторонние двухъярусные горизонтально направленные сопла третичного воздуха (прототип - рис. 1 на стр. 57 статьи Шварца А.Л. и др. Разработка технических решений по пылеугольному котлу энергоблока 800 МВт на параметры пара 35 МПа, 700/720°С, Теплоэнергетика, 2015, №12). Пылеугольный котел-прототип имеет связанные между собой недостатки топочных устройств и компоновки газоходов, а также установленных в них устройств. Прототип содержит топку квадратного сечения с четырехъярусными угловыми горелками, направленными тангенциально к условной окружности d=1,8 м при ширине вертикальных стен 19,3 м. Это создает факел с повышенными опускной скоростью и концентрацией недогоревшей пыли в приосевой зоне топки. Струи вторичного и третичного воздуха, особенно нижних ярусов, не обеспечивают равномерное перемешивание реагентов при высоком, характерном для прототипа, теплонапряжении поперечного сечения топки, поэтому в продуктах сгорания на выходе из топки ожидается повышенная концентрация недогоревшей пыли в приосевой зоне и локальное шлакование ширмовых пароперегревателей, а на некоторых периферийных участках поперечного сечения - повышенное содержание оксидов азота. Именно поэтому в вертикальном опускном газоходе предусмотрены дорогостоящие и малонадежные пакеты селективного каталитического восстановления оксидов азота, а конструкция вертикального подъемного газохода усложнена. При паровой или газоимпульсной очистках пакетов водяного экономайзера будет происходить повышенный эрозийный износ золовыми конгломератами труб водяного экономайзера и нижерасположенного пакета пароперегревателя, поскольку удаленные с поверхности труб водяного экономайзера золовые конгломераты под действием силы тяжести будут двигаться вниз, а под действием силы тяги - вверх.Relatively short steam pipelines are characterized by a pulverized coal boiler prototype containing a square-section firebox with shielded vertical barriers, a ceiling, a lower gas window, a cold funnel, a lower horizontal gas duct with screen steam and superheater superheaters, a vertical vertical gas duct with packages of superheaters of both pressures and a water economizer, upper connecting horizontal flue, lowering vertical flue with installation of selective catalytic reduction detecting nitrogen oxides and packages air preheater. In the corner zones of the upper part of the furnace of the prototype boiler, four-tier tangentially directed and horizontal burners and nozzles of secondary air are installed, and in the lower zone there are two-sided two-tier horizontally directed nozzles of tertiary air (prototype - Fig. 1 on page 57 of A. Schwartz’s article and other. Development of technical solutions for a pulverized coal boiler of an 800 MW power unit for steam parameters of 35 MPa, 700/720 ° C, Thermal Power Engineering, 2015, No. 12). The pulverized coal boiler prototype has interconnected disadvantages of the furnace devices and the layout of the flues, as well as the devices installed in them. The prototype contains a square-section firebox with four-tier corner burners directed tangentially to a conditional circle d = 1.8 m with a vertical wall width of 19.3 m.This creates a torch with increased lowering speed and concentration of unburned dust in the axial zone of the firebox. The jets of secondary and tertiary air, especially the lower tiers, do not provide uniform mixing of the reagents at a high heat characteristic of the prototype of the furnace cross section, therefore, an increased concentration of unburned dust in the axial zone and local slagging of the superheater are expected in the combustion products in some peripheral sections of the cross section - an increased content of nitrogen oxides. That is why expensive and unreliable packages of selective catalytic reduction of nitrogen oxides are provided for in the vertical lowering duct, and the design of the vertical lifting duct is complicated. When steam or gas-pulse cleaning of water economizer packages, increased erosion wear by ash conglomerates of the water economizer pipes and the downstream superheater package will occur, since the ash conglomerates removed from the surface of the water economizer pipes will move downward and upward under the action of traction.
Техническая задача заявляемого пылеугольного котла заключается в повышении надежности, экономичности и экологической эффективности его работы путем устранения указанных выше недостатков пылеугольного котла-прототипа. Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении догорания пыли в приосевой зоне, устранении повышенного шлакования ширмовых пароперегревателей и снижении содержания оксидов азота на периферийных участках топки и достигается тем, что известный пылеугольный котел, содержащий вертикальную экранированную топку прямоугольного сечения и установленные в ее верхней части тангенциально направленные горелки и воздушные сопла, нижнее газовое окно, нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, холодные воронки в нижней части топки, вертикальные подъемный и опускной газоходы с пакетами пароперегревателя острого и вторичного пара, водяного экономайзера и воздушного подогревателя, согласно изобретению снабжен дополнительными вертикальным подъемным и опускным газоходами, подсоединенными к топке котла через дополнительный нижний горизонтальный газоход с ширмовым пароперегревателем, топка снабжена однорядными горелками, а также вышерасположенными соплами вторичного воздуха и нижерасположенными соплами третичного воздуха, которые установлены рассредоточенно по ширине больших стен топки по встречно-смещенной схеме, газовые окна и нижние горизонтальные газоходы с ширмами пароперегревателей размещены напротив друг друга, выше газовых окон расположены аэродинамические выступы малых стен топки, в нижней части топки размещены четырехскатные холодные воронки, причем в нижних горизонтальных и подъемных вертикальных газоходах с одной стороны котла установлены ширмы и пакеты острого пара, а с противоположной - ширмы и пакеты вторичного пара.The technical task of the inventive pulverized coal boiler is to increase the reliability, efficiency and environmental efficiency of its work by eliminating the above disadvantages of the pulverized coal boiler prototype. The technical effect that arises when solving the problem posed is to ensure that the dust burns out in the axial zone, to eliminate the increased slagging of screen superheaters and to reduce the content of nitrogen oxides in the peripheral sections of the furnace and is achieved by the fact that the well-known pulverized coal boiler containing a vertical screened rectangular furnace and installed in its upper part tangentially directed burners and air nozzles, lower gas window, lower horizontal gas duct with a steam screen according to the invention, it is equipped with additional vertical lifting and lowering ducts connected to the boiler furnace through an additional lower horizontal gas duct with a screen superheater; according to the invention, the vertical funnel in the lower part of the furnace, vertical lifting and lowering flues with packages of a superheater and secondary steam, water economizer and air heater , the furnace is equipped with single-row burners, as well as upstream secondary air nozzles and downstream tertiary nozzles air, which are installed dispersed across the width of the large firebox walls according to an on-off offset pattern, gas windows and lower horizontal flues with screens of superheaters are located opposite each other, aerodynamic protrusions of the small firebox walls are located above the gas windows, four-slope cold funnels are placed in the lower part of the firebox, and in the lower horizontal and lifting vertical flues, screens and packages of hot steam are installed on one side of the boiler, and screens and packages of secondary steam on the opposite side.
Пылеугольный котел иллюстрирован чертежом, на котором дан разрез по ширине топки и по подъемным вертикальным газоходам. Кроме того, на чертеже показан разрез по А-А подъемного и опускного газоходов левой стороны котла, причем с правой стороны котла принципиальная конструкция газоходов аналогична. В верхней части топки 1 расположены центры выходных сечений горелок и сопл 2. Внизу топки расположены холодные воронки шлакоудаления 3. Поток дымовых газов внизу топки 1 делится на два потока: правый и левый. С правой стороны топки расположено газовое окно горизонтального газохода 4, ширма острого пара 5. Для равномерного входа газов в газовое окно горизонтального газохода 4 размещен аэродинамический выступ 6. С левой стороны расположено газовое окно горизонтального газохода 7, ширма вторичного пара 8. Аналогично с правой стороной размещен аэродинамический выступ 9. С правой стороны котла находится вертикальный газоход 10, в котором размещены пакеты пароперегревателя острого пара 11, под ними размещен скос 12, направленный в четырехскатную холодную воронку 13. Вертикальный газоход 10 соединяется соединительным горизонтальным газоходом 14 с опускным вертикальным газоходом, который заканчивается коробом уходящих газов 15. С левой стороны котла находится вертикальный газоход 16, в котором размещены пакеты пароперегревателя вторичного пара 17, под ними размещен скос 18, направленный в четырехскатную холодную воронку 19. Вертикальный газоход 16 соединяется соединительным горизонтальным газоходом 20 с опускным вертикальным газоходом 21, в котором размещены: экономайзер 22, пакеты воздушного подогревателя 23. Аналогичное размещение поверхностей нагрева имеет место и с правой стороны котла (на чертеже не показано). С левой стороны опускной вертикальный газоход 21 соединяется с коробом уходящих газов 24. Паропроводы острого пара 25 размещены с правой стороны котла, а вторичного пара 26 - с левой стороны.The pulverized coal boiler is illustrated by a drawing, which shows a section along the width of the furnace and along the lifting vertical flues. In addition, the drawing shows a section along aa of the lifting and lowering flues of the left side of the boiler, and on the right side of the boiler, the basic design of the flues is similar. In the upper part of the furnace 1, the centers of the outlet sections of the burners and nozzles 2 are located. At the bottom of the furnace, there are cold slag removal funnels 3. The flue gas stream at the bottom of the furnace 1 is divided into two flows: right and left. On the right side of the furnace there is a gas window of the horizontal flue 4, a screen of sharp steam 5. For a uniform entry of gases into the gas window of the horizontal flue 4, an aerodynamic protrusion is placed 6. On the left side there is a gas window of the horizontal flue 7, screen of the secondary steam 8. Similarly with the right side an aerodynamic protrusion is located 9. On the right side of the boiler there is a vertical gas duct 10, in which there are packages of a superheater of hot steam 11, a bevel 12 is placed under them, directed into a four-slope south funnel 13. The vertical gas duct 10 is connected by a connecting horizontal gas duct 14 to a downward vertical gas duct, which ends with a flue gas duct 15. On the left side of the boiler there is a vertical gas duct 16, in which the superheater packages of the secondary steam 17 are placed, a bevel 18 is placed under them, directed to four-slope cold funnel 19. The vertical gas duct 16 is connected by a connecting horizontal gas duct 20 with a lowering vertical gas duct 21, in which are located: economizer 22, air bags dogrevatelya 23. A similar arrangement of heating surfaces takes place and the right side of the boiler (not shown). On the left side, a downward vertical gas duct 21 is connected to a duct of flue gases 24. Steam pipelines of sharp steam 25 are located on the right side of the boiler, and secondary steam 26 on the left side.
Пылеугольный котел работает следующим образом. В верхнюю часть прямоугольной экранированной топки 1 через рассредоточенные по ширине ее больших вертикальных стен горелки вводится пылевоздушная смесь из углеразмольных мельниц (на чертеже не показаны), через вышерасположенные и рассредоточенные по ее ширине однорядные сопла вводится вторичный воздух, а через нижерасположенные однорядные сопла, также рассредоточенные по ширине топки 1, - третичный воздух. Центры выходных сечений 2 горелок и сопл показаны на задней стене топки 1 путем пересечения осевых линий. На фронтальной стене топки 1 центры выходных сечений 2 горелок и сопл размещены по встречно-смещенной схеме. Рассредоточенное по ширине топки, а также по длине отдельных факелов горелок ступенчатое сжигание угольной пыли сопровождается тем, что образующиеся продукты сгорания более эффективно охлаждаются экранами топочных стен, содержат близкое к нормативному значению количество топливных оксидов азота и практически не содержат термических оксидов азота. Продукты сгорания поступают в газовые окна 4, 7 достаточно охлажденными и не вызывающими шлакование ширмовых пароперегревателей острого пара 5 и вторичного пара 8. Аэродинамические выступы 6 и 9 способствуют более значительному, чем в котле-прототипе, инерционному выпадению золы из продуктов сгорания в холодные воронки 3, причем в данном случае они выполнены четырехскатными в количестве пяти штук. За счет теплоизлучения на их скаты, которые имеют более значительную, чем в прототипе, эффективную поверхность нагрева, будет обеспечено более существенное, чем в прототипе, охлаждение продуктов сгорания перед газовыми окнами горизонтальных газоходов 4 и 7, т.е. исключено шлакование ширм острого 5 и вторичного 8 пара. В правом подъемном вертикальном газоходе 10 продукты сгорания отдают тепло пакетам пароперегревателя острого пара 11. Крупные золовые частицы, падающие с труб пакетов 11, могут транспортироваться вдоль скоса 12 в четырехскатную холодную воронку 13 газохода 10. Продукты сгорания проходят через соединительный горизонтальный газоход 14 и попадают в вертикальный опускной газоход, который на чертеже не показан, а затем - в короб уходящих газов 15 правой стороны котла. Как это видно на разрезе А-А, прошедшие через просветы между ширмами вторичного пара 8 продукты сгорания поступают в вертикальный подъемный газоход 16, где отдают тепло пакетам пароперегревателя вторичного пара 17. Крупная зола, падающая с труб пакетов 17, может транспортироваться вдоль скоса 18 в четырехскатную холодную воронку 19 газохода 16. Затем продукты сгорания, пройдя через соединительный горизонтальный газоход 20, поступают в опускной вертикальный газоход 21, где они отдают тепло пакетам водяного экономайзера 22 и пакетам воздушного подогревателя 23, после чего удаляются из котла через короб уходящих газов 24 левой стороны котла. При поддержании минимальных впрысков воды в тракт вторичного пара, что экономически целесообразно, требуемая температура вторичного пара в паропроводах 26 поддерживается за счет изменения расхода продуктов сгорания через короба уходящих газов левой 24 и правой 15 сторон котла. Требуемая температура острого пара в паропроводах 25 будет обеспечиваться как за счет изменения расхода продуктов сгорания через короб уходящих газов 15, так и за счет изменения расхода питательной воды на впрыски в тракт пароперегревателя острого пара. Размещение паровой турбины вдоль фронта заявляемого пылеугольного котла, а не перпендикулярно ему согласно типовой компоновке ТЭС, при разнесении паропроводов острого и вторичного пара по противоположным друг другу газоходам, позволит дополнительно уменьшить длину связывающих котел и турбину дорогостоящих паропроводов, а также уменьшить с 45 м до 20-25 м длину мостового крана турбинного и электрического цехов ТЭС, что значительно увеличит надежность его эксплуатации.Pulverized coal boiler operates as follows. A dusty air mixture from coal-grinding mills (not shown in the drawing) is introduced into the upper part of a rectangular shielded furnace 1 through a burner dispersed over the width of its large vertical walls (not shown in the drawing), secondary air is introduced through the upstream and downstream single-row nozzles, and also through the downstream single-row nozzles the width of the furnace 1 is tertiary air. The centers of the exit sections of 2 burners and nozzles are shown on the rear wall of the furnace 1 by crossing the center lines. On the front wall of the furnace 1, the centers of the outlet sections of 2 burners and nozzles are arranged in an anti-biased pattern. The step-by-step burning of coal dust dispersed over the width of the furnace, as well as along the length of individual torches of the burners, is accompanied by the fact that the resulting combustion products are more efficiently cooled by the walls of the furnace walls, contain a quantity of fuel nitrogen oxides close to the standard value, and practically do not contain thermal nitrogen oxides. The combustion products enter the gas windows 4, 7 sufficiently cooled and do not slag the screen superheaters of hot steam 5 and secondary steam 8. The aerodynamic protrusions 6 and 9 contribute to a more significant than in the prototype boiler, inertial precipitation of ash from the combustion products into cold funnels 3 and, in this case, they are made of four-slope in the amount of five pieces. Due to the heat radiation on their slopes, which have a more significant effective heating surface than in the prototype, a more substantial cooling of the combustion products in front of the gas windows of the horizontal flues 4 and 7, i.e. slagging of screens of acute 5 and secondary 8 pairs is excluded. In the right vertical lifting gas duct 10, the combustion products give off heat to the hot steam superheater packages 11. Large ash particles falling from the tubes of the packages 11 can be transported along the bevel 12 to the four-slope cold funnel 13 of the gas duct 10. The combustion products pass through a horizontal connecting duct 14 and enter vertical lowering duct, which is not shown in the drawing, and then into the flue gas box 15 on the right side of the boiler. As can be seen in section AA, the combustion products passing through the openings between the screens of the secondary steam 8 enter the vertical riser duct 16, where heat is transferred to the superheater packages of the secondary steam 17. Coarse ash falling from the pipes of the packages 17 can be transported along the bevel 18 to four-sloped cold funnel 19 of the flue 16. Then the combustion products, passing through the connecting horizontal flue 20, enter the lowering vertical flue 21, where they transfer heat to the packages of the water economizer 22 and the packages of air heater 23, after which they are removed from the boiler through a flue gas box 24 on the left side of the boiler. While maintaining minimal injection of water into the secondary steam path, which is economically feasible, the required temperature of the secondary steam in the steam lines 26 is maintained by changing the flow rate of the combustion products through the flue gas ducts on the left 24 and right 15 sides of the boiler. The required temperature of the hot steam in the steam lines 25 will be provided both by changing the flow rate of the combustion products through the flue gas box 15, and by changing the flow rate of feed water for injection into the path of the hot steam superheater. The placement of the steam turbine along the front of the inventive pulverized coal boiler, and not perpendicular to it according to the typical layout of the TPP, when spacing the sharp and secondary steam pipelines in opposite flues, will further reduce the length of the expensive steam pipelines connecting the boiler and the turbine, and also reduce from 45 m to 20 -25 m length of the bridge crane of the turbine and electrical workshops of TPPs, which will significantly increase the reliability of its operation.
Таким образом, благодаря двусторонней компоновке газоходов котла, прямоугольной топке и рассредоточению по ее ширине однорядных горелок и сопел, размещению пакетов пароперегревателей острого и вторичного пара в разных газоходах обеспечивается повышение надежности, экономичности и экологической эффективности работы заявляемого пылеугольного котла и тепловой электростанции в целом.Thus, thanks to the bilateral arrangement of the boiler flues, a rectangular firebox and the distribution of single-row burners and nozzles along its width, the placement of packages of hot and secondary steam superheaters in different flues, the reliability, efficiency and environmental performance of the inventive pulverized coal boiler and thermal power plant as a whole are improved.
