RU2618982C1

RU2618982C1 - Method on circular furnace screen including into the boilers curcuit with circular furnace and forced circulation

Info

Publication number: RU2618982C1
Application number: RU2016103403A
Authority: RU
Inventors: Феликс Анатольевич Серант; Алексей Иванович Цепенок; Арсений Робертович Квривишвили; Юрий Александрович Ершов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Подольский машиностроительный завод"; Феликс Анатольевич Серант
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-05-11

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: method on circular furnace 1 screen including into the boilers circuit with circular furnace 1 with forced circulation contains the entire feed water supply by the first lead through the economizer 5, located in the boiler duct 4 , through the lower intake manifold 8 of the internal screens 2 and through the pipes of all internal screens 2. All the resulting vapour is collected in the upper return manifolds 9 of the internal screens 2, all collected vapour in the upper return manifolds of the internal screens 9 is sent to the lower intake manifolds 11 of the outer screens 3 first half, then it is sent by the second pass through the pipes of the first half of the outer screens 3, further all the vapour is collected into the upper return manifolds 12 of this outer screen 3 first half, then it is fed into the lower intake manifolds of the outer screen 3 second half and then it is sent by the third pass through the pipes of the outer screen 3 second half, after which all the vapour is collected in the upper return manifolds 15 of the outer screen 3 second half and then it is sent to the subsequent surfaces of boiler heating.

EFFECT: increase of the thermal and hydraulic reliability of the boiler curcuit work with circular furnace with forced circulation at its moderate hydraulic resistance.

2 dwg

Description

Изобретение относится к топочным устройствам мощных энергоблоков и может быть использовано в теплоэнергетике.The invention relates to furnace devices of powerful power units and can be used in the power industry.

Известен способ включения экранов в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией, представленный в Нормативном методе «Гидравлический расчет котельных агрегатов», Москва, Энергия, 1978, стр. 84, 117-119). Этот способ включает подвод воды из экономайзера в нижние коллекторы настенных экранов, а затем в последующие поверхности нагрева котла.There is a method of including screens in the steam-water path of the boiler with forced circulation, presented in the Normative method "Hydraulic calculation of boiler units", Moscow, Energy, 1978, p. 84, 117-119). This method includes the supply of water from the economizer to the lower collectors of the wall screens, and then to the subsequent heating surfaces of the boiler.

Недостатком этого способа является то, что он не может быть эффективно использован для котлов с кольцевой топкой, отличительной особенностью которого является наличие внутреннего кольцевого экрана.The disadvantage of this method is that it cannot be effectively used for boilers with an annular firebox, a distinctive feature of which is the presence of an internal annular screen.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией, представленный в статье «Котел с кольцевой топкой для блока 660 МВт на суперсверхкритические параметры при сжигании бурых шлакующих углей», авторы Серант Ф.А., Белоруцкий И.Ю., Ершов Ю.А., Гордеев В.В., Ставская О.И. и Кацель Т.В., стр. 91.5 (http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/91Serant-1.pdf). Этот способ заключается в подаче в пароводяной тракт котла всей исходной питательной воды двумя потоками через экономайзеры, расположенные в двух симметричных газоходах Т-образного котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией, а затем последовательно одним ходом через внутренние экраны, внешние экраны и последующие поверхности нагрева котла.The closest in technical essence and the achieved effect is the method of incorporating the ring furnace screens into the steam-water path of the forced circulation boiler, presented in the article “Boiler with a ring furnace for the 660 MW unit for supercritical parameters when burning brown slag coals”, authors Sarant F.A. , Belorutsky I.Yu., Ershov Yu.A., Gordeev V.V., Stavskaya O.I. and Katzel T.V., p. 91.5 (http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/91Serant-1.pdf). This method consists in supplying the entire source feed water to the boiler’s steam and water path in two streams through economizers located in two symmetrical gas ducts of the T-shaped boiler with a ring furnace with forced circulation, and then sequentially in one stroke through the internal screens, external screens and subsequent surfaces of the boiler heating .

Недостатком настоящего способа является сложность разделения питательной воды на два потока, которое может быть реализовано только в котле с кольцевой топкой с Т-образной компоновкой и только при определенных и вполне конкретных размерах внутренних и наружных экранов, что снижает общую тепловую и гидравлическую надежность работы подобных котлов.The disadvantage of this method is the difficulty of dividing the feed water into two streams, which can be implemented only in a boiler with an annular fire chamber with a T-shaped layout and only with certain and very specific sizes of internal and external screens, which reduces the overall thermal and hydraulic reliability of such boilers .

Технической задачей изобретения является повышение тепловой и гидравлической надежности работы котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией.An object of the invention is to increase the thermal and hydraulic reliability of the boiler with a ring furnace with forced circulation.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией, заключается в подаче всей питательной воды первым ходом через экономайзер, расположенный в газоходе котла, через нижние входные коллекторы внутренних экранов и через трубы всех внутренних экранов, после прохождения которых весь образовавшийся пар собирают в верхних сборных коллекторах внутренних экранов. Новым, согласно изобретению, является направление всего собранного в верхних сборных коллекторах внутренних экранов пара в нижние входные коллекторы первой половины наружных экранов, далее его пропускают вторым ходом через трубы этой первой половины наружных экранов, далее весь пар собирают в верхних сборных коллекторах этой первой половины наружных экранов, а затем его подают в нижние входные коллекторы второй половины наружных экранов и далее пропускают его третьим ходом через трубы второй половины наружных экранов, после чего весь пар собирают в верхних сборных коллекторах второй половины наружных экранов и далее направляют в последующие поверхности нагрева котла, при этом соотношение поперечных размеров внутренних и наружных экранов, определяемое соотношением диаметров окружностей, условно вписанных в грани соответственно внутренних и наружных экранов кольцевой топки, равноThe stated technical problem is solved in that the method of including the ring furnace screens in the steam-water path of the boiler with the forced-circulation ring furnace is to supply all the feed water in the first stroke through the economizer located in the boiler duct, through the lower input headers of the internal screens and through the pipes of all internal screens, after passing through which all the formed steam is collected in the upper prefabricated collectors of the inner screens. According to the invention, new is the direction of all the steam collected in the upper assembly manifolds of the inner screens to the lower input manifolds of the first half of the outer screens, then it is passed in a second stroke through the pipes of this first half of the outer screens, then all the steam is collected in the upper collectors of this first half of the outer screens screens, and then it is fed into the lower input collectors of the second half of the outer screens and then pass it in a third stroke through the pipes of the second half of the outer screens, after which the whole steam is collected in the upper prefabricated collectors of the second half of the outer screens and then sent to the subsequent heating surfaces of the boiler, while the ratio of the transverse dimensions of the inner and outer screens, determined by the ratio of the diameters of the circles, conditionally inscribed in the faces of the inner and outer screens of the annular furnace, is

где: d₁ - диаметр окружности, условно вписанной в грани внутренних экранов кольцевой топки;where: d ₁ is the diameter of the circle conditionally inscribed in the face of the inner screens of the annular furnace;

d₂ - диаметр окружности, условно вписанной в грани наружных экранов кольцевой топки.d ₂ - the diameter of the circle conditionally inscribed in the face of the outer screens of the annular furnace.

На фиг. 1-2 представлена схема движения воды и пара в пароводяном тракте котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией. На фиг. 1 представлен продольный разрез котла с кольцевой топкой, на фиг. 2 представлена принципиальная схема движения воды и пара по внутренним и наружным экранам кольцевой топки.In FIG. 1-2, a diagram of the movement of water and steam in the steam-water path of a boiler with an annular furnace with forced circulation is presented. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a boiler with an annular furnace; FIG. 2 is a schematic diagram of the movement of water and steam along the inner and outer screens of the annular furnace.

Котел содержит вертикальную кольцевую топку 1 с принудительной циркуляцией, образованную в виде коаксиальных призм, боковые грани которых образованы внутренними 2 и наружными 3 экранами. Количество граней в кольцевой топке 1 должно быть четным, например восемь, что является оптимальным. Соотношение поперечных размеров внутренних и наружных экранов, определяемое соотношением диаметров окружностей, условно вписанных в грани соответственно внутренних и, наружных экранов кольцевой топки, равноThe boiler contains a vertical annular firebox 1 with forced circulation, formed in the form of coaxial prisms, the side faces of which are formed by inner 2 and outer 3 screens. The number of faces in the annular furnace 1 should be even, for example eight, which is optimal. The ratio of the transverse dimensions of the inner and outer screens, determined by the ratio of the diameters of the circles conditionally inscribed in the faces of the inner and outer screens of the annular furnace, respectively, is

Каждый из этих экранов 2 и 3 выполнен из вертикальных труб (не показаны). К котлу примыкает газоход 4, в котором установлен экономайзер 5. По схеме пароводяного тракта котла ко входу экономайзера 5 подведен подающий питательную воду трубопровод 6, а к выходу отводящий трубопровод 7, соединенный с нижними входными коллекторами 8. Эти коллекторы 8 соединены со входами труб всех внутренних экранов 2, а их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 9 внутренних экранов 2. Эти верхние коллекторы 9 соединены трубопроводом 10 с нижними входными коллекторами 11 первой половины наружных экранов 3 и соединены со входами труб первой половины наружных экранов 3. Их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 12 первой половины наружных экранов 3. Эти верхние сборные коллекторы 12 соединены трубопроводом 13 с нижними входными коллекторами 14 второй половины наружных экранов 3 и с входами труб второй половины наружных экранов 3, а их выходы соединены с верхними сборными коллекторами 15 второй половины наружных экранов 3 и далее посредством отводящего трубопровода 16 с последующими поверхностями нагрева котла.Each of these screens 2 and 3 is made of vertical pipes (not shown). A gas duct 4 is connected to the boiler, in which an economizer 5 is installed. According to the scheme of the boiler’s steam-water path, a supply pipe 6 is connected to the input of the economizer 5, and a discharge pipe 7 connected to the lower input manifolds 8 to the outlet. These collectors 8 are connected to the pipe inlets of all inner shields 2, and their outputs are connected to the upper prefabricated collectors 9 of the inner shields 2. These upper collectors 9 are connected by a pipe 10 to the lower inlet headers 11 of the first half of the outer shields 3 and are connected to the inputs t rub the first half of the outer screens 3. Their outputs are connected to the upper collectors 12 of the first half of the outer screens 3. These upper collectors 12 are connected by a pipe 13 to the lower inlet headers 14 of the second half of the outer screens 3 and to the pipe inlets of the second half of the outer screens 3, and their outputs are connected to the upper collecting collectors 15 of the second half of the outer screens 3 and further by means of a discharge pipe 16 with subsequent boiler heating surfaces.

Способ включения экранов кольцевой топки в пароводяной тракт котла с принудительной циркуляцией осуществляют следующим образом.The method of inclusion of the screens of the annular furnace in the steam-water path of the boiler with forced circulation is as follows.

Питательная вода в котел с кольцевой топкой 1 поступает по подающему трубопроводу 6 в экономайзер 5, расположенный в газоходе 4. Здесь вода нагревается топочными газами до температуры 300-350°C и отводится по отводящему трубопроводу 7 в нижние входные коллекторы 8 внутренних экранов 2. Далее подогретая вода проходит одним ходом снизу вверх по всем трубам внутренних экранов 2, где нагревается до температуры кипения, постепенно испаряется и превращается в пар температурой 350-400°C. Далее этот пар собирают в верхние сборные коллекторы 9 и по трубопроводу 10 отводят в нижние входные коллекторы 11 первой половины наружных экранов 3 и далее пропускают его вторым ходом через трубы этой первой половины наружных экранов 3. Далее весь пар собирают в верхние коллекторы 12 этой первой половины наружных экранов 3, а затем его по трубопроводу 13 отводят в нижние входные коллекторы 14 второй половины наружных экранов 3 и далее пропускают его третьим ходом через трубы второй половины наружных экранов 3. После этого весь пар собирают в верхние сборные коллекторы 15 второй половины наружных экранов 3 и далее направляют по отводящему трубопроводу 16 в последующие поверхности нагрева котла.Feed water to the boiler with a ring furnace 1 enters through the supply pipe 6 to the economizer 5 located in the gas duct 4. Here, the water is heated by the flue gases to a temperature of 300-350 ° C and is discharged through the discharge pipe 7 to the lower input manifolds 8 of the inner screens 2. Next heated water passes in one step from the bottom up through all the pipes of the inner screens 2, where it is heated to a boiling point, gradually evaporates and turns into steam at a temperature of 350-400 ° C. Next, this steam is collected in the upper prefabricated manifolds 9 and through a pipe 10 is diverted to the lower input headers 11 of the first half of the outer screens 3 and then it is passed in a second stroke through the pipes of this first half of the outer screens 3. Next, all the steam is collected in the upper collectors 12 of this first half of the outer screens 3, and then it is led through a pipe 13 to the lower input headers 14 of the second half of the outer screens 3 and then pass it in a third stroke through the pipes of the second half of the outer screens 3. After that, all the steam is collected in return headers 15 of the second half of the outer screen 3 and further directed through a recovery line 16 at the subsequent heating of the boiler.

Выполнение соотношения поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 равным 0,4-0,6 позволяет весь расход воды пропустить через все трубы внутренних экранов 2 одним ходом и затем пропустить через все трубы наружных экранов 3 в два последовательных хода с рекомендуемой (оптимальной) весовой скоростью 1500-2000 кг/м²⋅с. Это позволяет обеспечить тепловую и гидравлическую надежность работы внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 при умеренном их гидравлическом сопротивлении.The ratio of the transverse dimensions of the inner 2 and outer 3 screens of the annular furnace 1 equal to 0.4-0.6 allows the entire water flow to pass through all the pipes of the inner screens 2 in one stroke and then pass through all the pipes of the outer screens 3 in two consecutive strokes with the recommended ( optimal) weight rate of 1500-2000 kg / m ² ⋅s. This allows you to ensure thermal and hydraulic reliability of the inner 2 and outer 3 screens of the annular furnace 1 with moderate hydraulic resistance.

Проведенными исследованиями доказано, что при соотношении поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 менее 0,4 суммарного сечения труб внутренних экранов 2 становится недостаточным для пропуска всего расхода воды с допустимыми весовыми скоростями. Что же касается надежности работы наружных экранов 3, то при этом соотношении весовые скорости в них становятся недопустимо низкими. При соотношении поперечных размеров внутренних 2 и наружных 3 экранов кольцевой топки 1 более 0,6 суммарное сечение труб внутренних экранов 2 становится излишне большим, в результате чего весовые скорости становятся ниже допустимых, особенно при работе на сниженных нагрузках. Суммарное сечение труб наружных экранов 3 становится недостаточным для пропуска всего расхода пара по условиям допустимых весовых скоростей и гидравлического сопротивления наружных экранов 3.Studies have shown that when the ratio of the transverse dimensions of the inner 2 and outer 3 screens of the annular furnace 1 is less than 0.4, the total cross-section of the pipes of the inner screens 2 becomes insufficient to allow the entire water flow to pass with allowable weight velocities. As for the reliability of the outer screens 3, then with this ratio, the weight velocities in them become unacceptably low. When the ratio of the transverse dimensions of the inner 2 and outer 3 screens of the annular furnace 1 is more than 0.6, the total cross-section of the pipes of the inner screens 2 becomes unnecessarily large, as a result of which the weight velocities become lower than permissible, especially when working at reduced loads. The total cross section of the pipes of the outer screens 3 becomes insufficient to pass the entire steam flow rate under the conditions of permissible weight velocities and hydraulic resistance of the outer screens 3.

Как показали проектно-конструкторские проработки, именно такие котлы с кольцевой топкой представляются наиболее эффективными при строительстве новых и модернизации действующих электростанций с энергоблоками мощностью 200 МВт и выше. Использование таких котлов в энергетике позволяет снизить высоту здания котельной на 30-40%, уменьшить металлоемкость и стоимость котла на 10-15%, обеспечить экономичное и бесшлаковочное сжигание низкосортных углей, снизить выбросы из котла оксидов азота на 30-40%.As design studies have shown, it is precisely such boilers with a ring furnace that are most effective in the construction of new and modernization of existing power plants with power units with a capacity of 200 MW and above. The use of such boilers in the energy sector allows reducing the height of the boiler building by 30-40%, reducing the metal consumption and boiler cost by 10-15%, providing economical and non-slag burning of low-grade coal, and reducing nitrogen oxide emissions from the boiler by 30-40%.

Настоящий способ позволяет обеспечить тепловую и гидравлическую надежность работы пароводяного тракта котла с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией при умеренном его гидравлическом сопротивлении. Способ прост для использования при конструировании и эксплуатации и может найти применение на действующих и строящихся электростанциях, оборудованных котлами с кольцевой топкой с принудительной циркуляцией.The present method allows to ensure thermal and hydraulic reliability of the steam-water path of the boiler with a ring firebox with forced circulation with moderate hydraulic resistance. The method is simple to use in the design and operation and can find application in existing and under construction power plants equipped with boilers with a ring firebox with forced circulation.

Claims

The method of including the ring furnace screens in the steam-water path of the boiler with a forced-circulation ring furnace, including supplying all feed water in the first stroke through an economizer located in the boiler duct, through the lower input headers of the internal screens and through the pipes of all internal screens, after which all the generated steam is collected in the upper prefabricated collectors of the inner screens, characterized in that all of the pairs collected in the upper prefabricated collectors of the inner screens are sent to the lower input collectors of the first of the first half of the outer screens and then pass it in a second stroke through the pipes of this first half of the outer screens, then all the steam is collected in the upper prefabricated collectors of this first half of the outer screens, and then it is fed into the lower input manifolds of the second half of the outer screens and then pass it in the third stroke through the pipes of the second half of the outer screens, after which all the steam is collected in the upper collectors of the second half of the outer screens and then sent to the subsequent heating surfaces of the boiler, with the ratio the transverse dimensions of the inner and outer screens, determined by the ratio of the diameters of the circles conventionally inscribed in the faces of the inner and outer screens of the annular furnace, respectively, is

where: d ₁ is the diameter of the circle conditionally inscribed in the face of the inner screens of the annular furnace;

d ₂ - the diameter of the circle conditionally inscribed in the face of the outer screens of the annular furnace.