SU1758337A1

SU1758337A1 - Fluidized-bed furnace of steam-gas plant

Info

Publication number: SU1758337A1
Application number: SU894739058A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Никитович Гринченко; Михаил Павлович Кулик
Original assignee: Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Использование: в теплоэнергетике, в частности в топках кип щего сло дл парогазовых установок, преимущественно при сжигании низкосортных твердых топлив. Сущность изобретени : Топка содержит камеры подвода воздуха и сгорани , разделенные газораспределительной решеткой. Поверхность боковой стенки камеры сгорани образована соединенными коническим ереходом соосно расположенными цилиндрами большего и меньшего диаметров со- Ответственно и снабжена воздушной рубашкой охлаждени . Вдоль оси и по всейUsage: in heat and power engineering, in particular, in fluidized bed furnaces for steam and gas installations, mainly when burning low-grade solid fuels. SUMMARY OF THE INVENTION: A fire chamber contains air supply and combustion chambers separated by a gas distribution grid. The surface of the side wall of the combustion chamber is formed by connected conical junction coaxially located cylinders of larger and smaller diameters, respectively, and is equipped with an air cooling jacket. Along the axis and across

Description

Изобретение относитс к теплоэнергетике , в частности к топкам кип щего сло дл парогазовых установок, и может найти применение в паротурбинных блоках, особенно при сжигании низкосортных твердых топлив.The invention relates to a power system, in particular, fluidized bed furnaces for steam and gas installations, and can be used in steam turbine units, especially when burning low-grade solid fuels.

Известна топка кип щего сло дл неполного сжигани низкосортного твердого топлива, содержаща зону разложени топлива (газификации) с решеткой дл поддер- жани кип щего сло , камеру продуктов неполного сгорани , внешний циклон дл очистки высокотемпературных дымовых газов , а также системы подачи топлива и вывода шлака из зоны газификации топлива. Нар ду с образованием газовых продуктов неполного сгорани твердого топлива при работе указанной топки образуетс достаточно большое количество окислов азота, которые загр зн ют окружающую среду. Known fluidized bed furnace for incomplete combustion of low-grade solid fuel containing a fuel decomposition zone (gasification) with a grid for supporting a fluidized bed, an incomplete combustion chamber, an external cyclone for cleaning high-temperature flue gases, as well as a fuel supply system and slag outlet from the gasification zone of the fuel. Along with the formation of gaseous products of incomplete combustion of solid fuels, during the operation of this furnace, a sufficiently large amount of nitrogen oxides are formed, which pollute the environment.

Известна также топка кип щего сло парогазовых установок, содержаща выносной циклон дл очистки дымовых газов, а также ограниченные боковыми стенками и разделенные газораспределительной ре- шеткой последовательно расположенные по высоте камеры подвода воздуха и сгорани , при этом последн имеет расположенную над решеткой зону кип щего сло и зону неполного сгорани , а также патрубки подвода воздуха в зону неполного сгорани , подачи топлива в зону кип щего сло и вывода шлака.Also known is the furnace of the fluidized bed of steam and gas units, containing an external cyclone for cleaning flue gases, as well as limited by side walls and separated by a gas distribution grill successively located along the height of the air supply and combustion chambers, the latter having a zone of boiling layer located above the grill an incomplete combustion zone, as well as air inlets to the incomplete combustion zone, fuel supply to the fluidized bed zone, and slag discharge.

Недостатком известной топки кип щего сло вл етс большой объем выбрасыва- емых вредных веществ, к числу которых следует отнести окислы азота, которые образуютс при высоких температурах в присутствии атмосферного воздуха.A disadvantage of the known fluidized bed furnace is the large volume of emitted harmful substances, including nitrogen oxides, which are formed at high temperatures in the presence of atmospheric air.

Цель изобретени - уменьшение коли- чества вредных выбросов в атмосферу.The purpose of the invention is to reduce the amount of harmful emissions into the atmosphere.

Поставленна цель достигаетс тем, что топка кип щего сло парогазовых установок преимущественно дл сжигани низкосортных твердых топлив, содержаща The goal is achieved by the fact that the fluidized-bed furnace of steam-gas plants is mainly for burning low-grade solid fuels, containing

выносной циклон дл очистки дымовых газов и ограниченные боковыми стенками, разделенные газораспределительной решеткой последовательно расположенные по высоте камеры подвода воздуха и сгорани , при этом, последн имеет расположенную над решеткой зону кип щего сло и зону неполного сгорани , а также патрубки подвода воздуха в зону неполного сгорани подачи топлива в зону кип щего сло и вы,- вода шлака, дополнительно снабжена фор-, сунками дл впрыска охладител , тангенциальными ззвихрител ми. полым цилиндрическим высокотемпературным воздухоподогревателем и выполнена с воздушной рубашкой охлаждени боковой стенки камеры сгорани , при этом поверхность последней образована двум соединенными между собой полым коническим переходом соосно расположенными полыми цилиндрами различных диаметров, причем зона кип щего сло ограничена по высоте цилиндром большего диаметра, форсунки размещены в зоне неполного сгорани , тангенциальные завихрители - в коническом переходе боковой стенки камеры сгорани и подсоединены к патрубку подвода воздуха, а воздухоподогреватель выполнен с тепловой изол цией на внешней и внутренней поверхности боковой стенки и установлен внутри камер соосно с последними .a remote cyclone for flue gas cleaning and limited by side walls, separated by a gas distribution grid, successively located along the height of the air supply and combustion chambers, while the latter has a boiling bed zone and an incomplete combustion zone above the grill, as well as air inlet pipes to the incomplete combustion zone the fuel supply to the fluidized bed zone and you, - slag water, is additionally equipped with forks, drills for injection of a cooler, and tangential swirlers. hollow cylindrical high-temperature heater and made with air jacket cooling the side wall of the combustion chamber, while the surface of the latter is formed by two interconnected hollow conical junction coaxially arranged hollow cylinders of different diameters, the boiling layer area is limited in height by a cylinder of larger diameter, the nozzles are located in the zone incomplete combustion, tangential swirlers - in the conical junction of the side wall of the combustion chamber and connected to the nozzle odvoda air, and an air heater formed with a thermal insulation on the outer surface and the inner side wall and installed within the chamber coaxially with the latter.

Кроме того, воздухоподогреватель выполнен с тепловыми трубками, по всей высоте пронизывающими его боковую стенку, при этом последние в нижней части воздухоподогревател , ограниченной зоной кип щего сло , размещены равномерно по высоте в радиально-шахматном пор дке, а в верхней - наклонно по отношению к боковой стенке воздухоподогревател с образованием абриса цилиндрической спирали, а сам воздухоподогреватель снабжен навитой по спирали трубкой подвода и отвода охлаждающей жидкости, размещеннойIn addition, the air heater is made with heat pipes penetrating its side wall along its entire height, while the latter in the lower part of the air heater limited by the fluidized bed zone are placed evenly in height in radial-checkerboard order, and in the upper part obliquely with respect to the side wall of the air preheater with the formation of the outline of a cylindrical spiral, and the air preheater itself is equipped with a spiral-wound coolant supply and removal pipe placed

внутри тепловой изол ции как с внешней, так и с внутренней сторон.inside thermal insulation, both on the outside and on the inside.

На чертеже показана принципиальна конструктивна схема топки кип щего сло парогазовых установок.The drawing shows a schematic structural diagram of the fluidized-bed furnace for steam and gas installations.

На чертеже показаны: 1 - основна топка котла, 2 - топка кип щего сло , 3 L парова турбина с генератором, 4 - воздушна турбина, 5 - компрессор газотурбинной установки , 6 - генератор ГТУ, 7 - конический переход, 8 - высокотемпературный воздухоподогреватель , 9 - цилиндр большего диаметра 10 - цилиндр меньшего диаметра, 11 - патрубок подачи топлива, 12 - патрубок вывода шлака; 13 - тангенциальные завих- рители, 14 - форсунки впрыска охладител , 15 - выносной циклон, 16 - газораспределительна решетка, 17 - выходна лини компрессора , 18 - воздушна рубашка охлаждени топки кип щего сло , 19 - вы- хлоп воздушной турбины, 20 - нижн часть воздухоподогревател (регенератор), 21 - трубка подвода и отвода охлаждающей жидкости , 22 - теплоизол ци высокотемпературного воздухоподогревател , 23 - тепловые трубки, размещенные в зоне кип щего сло , 24 - тепловые трубки, размещен- ные в камере сгорани , 25 - контур циркул ции охлаждающей жидкости, 26 - воздухопровод от компрессора к завихрите- л м 13, 27 - воздухопровод от компрессора к воздушной рубашке 18 охлаждени топки кип щего сло , 28 - воздухопровод нагретого рабочего тела к воздушной турбине, 29 - воздухопровод от компрессора к высоко- температурному воздухоподогревателю.The drawing shows: 1 - main boiler furnace, 2 - fluidized bed furnace, 3 L steam turbine with generator, 4 - air turbine, 5 - gas turbine compressor, 6 - GTU generator, 7 - conical junction, 8 - high temperature air preheater, 9 - a cylinder of a larger diameter 10 - a cylinder of a smaller diameter, 11 - a fuel supply nozzle, 12 - a slag output nozzle; 13 - tangential swirlers, 14 - cooler injection nozzles, 15 - remote cyclone, 16 - gas distribution grill, 17 - compressor outlet line, 18 - fluidized bed cooling air jacket, 19 - air turbine exhaust, 20 - bottom part of the air heater (regenerator), 21 — coolant supply and discharge tube, 22 — thermal insulation of the high-temperature air heater, 23 — heat pipes placed in the fluidized bed zone, 24 — heat pipes placed in the combustion chamber, 25 — circulator circuit coolant minute, 26 - air conduit from the compressor to zavihrite- l 13 m, 27 - air conduit from the compressor to the air jacket 18, the cooling fluid bed combustor, 28 - the air heated working fluid to the air turbine, 29 - air conduit from the compressor to the high-temperature air heater.

Цилиндр большего диаметра 9, соединенный коническим переходом 7 с цилиндром меньшего диаметра 10, образуют камеру подвода воздуха и камеру сгорани . Причем последн имеет расположенную над газораспределительной решеткой 16 зону кип щего сло и зону неполного сгорани . Высокотемпературный воздухоподогреватель 8 пронизывает объем, ограниченный цилиндрами и 10 и расположенный соосно с ними. В зоне конического перехода в стенках выполнены тангенциальные завихрители, а внутри камеры неполного сгорани размещены форсунки дл впрыска охладител . Тепловые трубки пронизывают высокотемпературный воздухоподогреватель в нижней части в радиально-шахматном пор дке, а в верхней его части - наклонно по отношению к боко- вой стенке с образованием абриса цилиндрической спирали. Все остальные св зи топки кип щего сло с элементами и блоками парогазовой установки сны из приведенного чертежа.A cylinder of larger diameter 9, connected by a conical junction 7 with a cylinder of smaller diameter 10, forms an air supply chamber and a combustion chamber. Moreover, the latter has a zone of the fluidized bed located above the gas distribution grid 16 and a zone of incomplete combustion. High-temperature heater 8 permeates the volume bounded by the cylinders and 10 and located coaxially with them. In the zone of the conical transition, tangential swirlers are made in the walls, and nozzles for injection of a cooler are placed inside the partial combustion chamber. Heat pipes penetrate the high-temperature air heater in the lower part in the radial-checkerboard pattern, and in its upper part - obliquely with respect to the side wall with the formation of the outline of the cylindrical helix. All other connections of the fluidized bed furnace with elements and blocks of the combined-cycle installation are from the above drawing.

Топка кип щего сло предложенной конструкции включаетс в состав парогазовой энергетической установки, котора работает следующим образом.The fluidized bed furnace of the proposed design is included in the composition of the combined-cycle power plant, which operates as follows.

Компрессором 5 ГТУ сжимаетс атмосферный воздух, по воздухопроводу 29 подаетс в нижнюю часть топки кип щего сло и направл етс в высокотемпературный воздухоподогреватель 8, где нагреваетс от тепловых трубок 24, которые при этом передают только тепловой поток из зоны кип щего сло и зоны неполного сгорани , а в нижней части воздухоподогревател - тепло от выхлопных газов турбины, которые поступают по воздухопроводу 19 под газораспределительную решетку 16. На этой решетке формируетс кип щий слой. В зоне газификации твердого топлива (в кип щий слой топливо поступает по патрубку 11) проходит его газификаци , в камере неполного сгорани - его горение. В результате нагреваетс воздух в высокотемпературном воздухоподогревателе (рабочее тело ГТУ), который поступает на ГТУ (турбину 4) с выработкой электроэнергии в электрогенераторе 6.Compressor 5 of the gas turbine unit compresses the atmospheric air, flows through the air duct 29 to the lower part of the fluidized bed furnace and directs it to the high-temperature air heater 8, where it is heated from heat pipes 24, which only transfer heat from the zone of the fluidized bed and the incomplete combustion zone, and in the lower part of the air preheater there is heat from the turbine exhaust gases, which flow through the air duct 19 under the gas distribution grid 16. A fluidized bed is formed on this grid. In the gasification zone of solid fuel (fuel enters the fluidized bed through pipe 11) it is gasified, in the partial combustion chamber its combustion. As a result, the air is heated in a high-temperature air heater (working body of the gas turbine unit), which is fed to the gas turbine unit (turbine 4) with the generation of electricity in the electric generator 6.

Продукт неполного сгорани (в камере неполного сгорани подавл етс образование окислов азота подачей в эту зону форсунками 14 охладител ) поднимаетс и направл етс в циклон 15 дл очистки. Газы после очистки направл ютс в основную топку котельного агрегата дл полного догорани , утилизации и выработки электроэнергии по обычной схеме. Шлам после очистки в циклоне 15 направл етс в зону кип щего сло , откуда шлак по патрубку 12 выводитс .The product of incomplete combustion (in the chamber of incomplete combustion, the formation of nitrogen oxides is suppressed by feeding cooler nozzles 14 into this zone) is lifted and sent to cyclone 15 for cleaning. After cleaning, the gases are directed to the main furnace of the boiler unit for complete burning out, utilization and power generation in the usual way. The sludge after cleaning in the cyclone 15 is sent to the zone of the fluidized bed, from where the slag through the pipe 12 is removed.

Часть сжатого воздуха от компрессора 5 по воздухопроводу 26 подаетс в тангенциальные завихрители 1.3, создающие закрученный поток в зоне неполного сгорани . Втора часть воздуха от компрессора 5 ГТУ по воздухопроводу 27 подаетс в воздушную рубашку охлаждени стенок топки кип щего сло . В контуре циркул ции охлаждающей жидкости (навитой по спирали трубки вокруг стенок -воздухоподогревател ) обеспечиваетс снижение температуры стенок высокотемпературного воздухоподогревател и тем самым его работоспособность на прот жении длительного времени.A portion of the compressed air from compressor 5 through air duct 26 is fed to tangential swirlers 1.3, which create swirling flow in the incomplete combustion zone. The second part of the air from the compressor 5 GTU through the air pipe 27 is fed into the air jacket cooling the walls of the fluidized bed furnace. In the coolant circuit (the tube wound in a spiral around the walls of the air heater), the temperature of the walls of the high temperature air heater is reduced and, thus, is operational for a long time.

Таким образом, в топке кип щего сло парогазовых установок происходит газификаци низкосортного твердого топлива с уменьшением вредных выбросов в атмосферу , а продукты газификации могут использоватьс дл выработки электроэнергии как по схеме ГТУ. так и по схеме ПТУ при ежигании их в основной топке котельного агрегата .Thus, gasification of low-grade solid fuel with reduction of harmful emissions into the atmosphere occurs in the fluidized-bed furnace of gas-vapor plants, and gasification products can be used to generate electricity as per the GTP scheme. and according to the scheme of vocational schools when they are ignored in the main furnace of the boiler unit.

Claims

Claim 1. The boiling chamber of a vapor-gas plant, mainly for low-grade fuels, contains an external cyclone for flue gas cleaning and limited by side walls, separated by a gas distribution grid, sequentially located along the height of the combustion air supply chamber, the latter having a zone of boiling water layer and zone of incomplete combustion, as well as pipes for supplying air to the zone of incomplete combustion, supplying fuel to the zone of the fluidized bed, and removing slag, characterized in that The purpose of reducing the amount of harmful emissions into the atmosphere, the furnace is additionally equipped with cooler injection nozzles, tangential sealers, a hollow cylindrical high-temperature air preheater, and made with a cooling jacket for the side wall of the combustion chamber hollow cylinders of various diameters

the fluidized bed zone is limited in height by a cylinder with a large diameter, nozzles are located in the zone of non-combustion combustion, tangential swirlers in the conical junction of the side wall of the combustion chamber and connected to the air inlet pipe, and the air heater is heat insulated on the outer and inner surfaces side wall and mounted inside the chambers coaxially with the latter,

2. A furnace according to claim 1, characterized in that the air heater is made with heat pipes penetrating its side wall along the entire height, the latter in the lower part of the air heater limited by the zone of the fluidized bed, are evenly spaced in height in a radial-checkerboard pattern and at the top - obliquely relative to the side wall of the air preheater with the formation of the outline of a cylindrical spiral.

3. A furnace according to claim 1, characterized in that the air heater is provided with a spiral wound pipe over the entire height of the latter with a coolant supply and removal pipe placed inside a layer of thermal insulation.

Editor I. Casarda

Tehred M. Morgenthal

Order 2985 Circulation Subscription

VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow. Zh-35, Raushsk nab. 4/5

Proofreader A. Motyl