UA79174C2 - Boiler unit comprising stationary supporting structure - Google Patents

Description

Опис винаходу

Даний винахід стосується котельної установки згідно з обмежувальною частиною незалежного пункту 2 формули винаходу. При цьому винахід стосується котельної установки, що містить секцію згоряння, секцію теплообміну, яка розташовується над секцією згоряння і містить поверхні теплообміну, причому в секції теплообміну потік топкових газів спрямовано вгору від донної частини, і стаціонарну опорну конструкцію.

Поверхні теплообміну в секції теплообміну котельної установки, загалом, містять, щонайменше, труби перегрівника різних стадій перегріву та економайзер. У цих різних поверхнях теплообміну температура води або 70 пари поступово підвищується. Для досягнення кінцевої температури, високої настільки, наскільки це можливо, найкраще, щоб різні поверхні теплообміну були розташовані в секції теплообміну в порядку, відповідному їх допустимій кінцевій температурі таким чином, щоб гарячий топковий газ, що поступає з ділянки згоряння, спочатку стикався з поверхнею теплообміну, яка повинна мати найвищу кінцеву температуру.

Поверхні теплообміну звичайно являють собою зборку головним чином із горизонтальних труб, неодноразово 12 зігнутих назад і вперед. Зазвичай діаметри труб і відстані між трубами зменшуються з переходом до більш низьких температур. Наприклад, відстань між трубами економайзера зазвичай менша за відстань між трубами зборки перегрівника для досягнення достатньої ефективності теплообміну.

Золу та інші частки, які можуть налипати на поверхнях теплообміну, захоплюють топкові гази, що виходять з камери згоряння. При цьому утворені відкладення знижують коефіцієнт теплообміну і, отже, зменшують ефективність теплообміну. Товсті відкладення також можуть порушувати потік газу між трубами, які забезпечують теплообмін, що додатково знижує ефективність теплообміну.

Коли шар відкладень золи стає досить товстим, він сам по собі може впасти з поверхні труб, які забезпечують теплообмін, або може бути видалений за допомогою відповідного способу здування сажі.

Видалена зола падає назад до секції згоряння або до донної частини секції теплообміну, звідки вона може бути с 22 спрямована, наприклад, до наявної в установці системи, що служить для вивантаження золи. Го)

Для запобігання налипанню падаючої золи на нижніх поверхнях теплообміну, краще використовувати так звану баштову конструкцію котла, особливо в тому випадку, коли для горіння використовують паливо з утворенням важкої золи, наприклад, буре вугілля. Секцію теплообміну в баштовому котлі розміщують над секцією згоряння так, що потік топкового " газу в секції теплообміну буде направлений вгору від донної З астини. Отже, зола, що відпадає від верхніх поверхонь теплообміну секції теплообміну, або що видаляється з - цих поверхонь, буде падати нижче за зборку з розосереджених труб, і небезпека налипання падаючої золи на нижній зборці буде досить мала. --

Великі конструкції котлів зазвичай монтують із підтриманням зверху таким чином, що навколо котла Ге») споруджують стаціонарну опорну конструкцію, при цьому котел складають так, щоб він був підвішений на міцних стальних тросах від опорної панелі у верхній частині опорної конструкції. Проблеми, пов'язані з баштовим в котлом, що монтується зазначеним вище способом, пов'язані з тим, що висота монолітної конструкції стає досить значною. Висота баштового котла у великій силовій установці може бути більша за 100м.

Коли котел приводять у дію, температура корпусу котла підвищується на сотні градусів. Верхня частина « котла, що звисає зверху, залишається нерухомою, але його нижня частина опускається на десятки сантиметрів. З 70 Такі значні термічні переміщення спричинюють певні вимоги до з'єднань, які повинні бути виготовлені в нижній с частині башти котла, крім того, повинна передбачатися значна податливість цих з'єднань. Наприклад, системи

Із» підведення палива і системи відведення донної золи повинні забезпечувати згадане переміщення між стаціонарними частинами систем і частинами, приєднаними до котла.

Складання котла зазвичай виконують поступово таким чином, що спочатку його самі верхні частини з'єднують 49 зі стаціонарною опорною конструкцією. Тільки після складання верхніх частин можна з'єднувати приєднувані до 7 нього нижні частини. Оскільки баштовий котел зазвичай являє собою дуже високу монолітну конструкцію, на його (Те) складання витрачають досить багато часу. Це приводить до сповільнення спорудження котельної установки і до збільшення витрат на її спорудження. - Завданням даного винаходу є створення котла, у якому вищезазначені недоліки відомого рівня техніки -і 20 доведені до мінімуму або усунені.

Зокрема, завданням винаходу є створення баштового котла, у якому термічне переміщення нижньої частини т» котла зведене до мінімуму.

Крім того, завданням даного винаходу є створення баштового котла, складання якого може бути завершене за більш короткий час, ніж складання існуючих баштових котлів. 29 Для рішення вищезазначених проблем, властивих відомому рівню техніки, створений котел, відмітні ознаки

ГФ) якого визначені у відмітній частині незалежного пункту формули винаходу, що стосується пристрою. При цьому відмітна ознака котельної установки згідно з даним винаходом полягає в тому, що секція згоряння і секція о теплообміну являють собою окремі камери, гнучко сполучені одна з одною, і кожна камера порізно підвішена своєю верхньою частиною до стаціонарної опорної конструкції. 60 Даний винахід головним чином стосується так званого баштового котла, у теплообмінній секції якого основний потік топкового газу спрямований вгору від донної частини. Загалом, висота як секції згоряння, так і секції теплообміну становить приблизно половину повної висоти котла. Оскільки секція згоряння котла згідно з даним винаходом підвішена її верхньою частиною до стаціонарної опорної конструкції, термічні переміщення, суттєві в її нижній частині, становлять приблизно тільки половину термічних переміщень у нижній частині бо відповідного монолітного баштового котла. Це дозволяє значно зменшити проблеми, які термічні переміщення викликають відносно різних з'єднань, зроблених між нижньою частиною секції згоряння і її стаціонарним оточенням. Таким чином, наприклад, досягається спрощення систем для впускання палива і систем для випускання донної золи. У той же час їх вартість знижена і підвищена надійність їх роботи.

Котел згідно з даним винаходом містить канал між верхньою частиною секції згоряння і нижньою частиною секції теплообміну. Гарячі топкові гази направляють уздовж каналу від секції згоряння до секції теплообміну.

Оскільки секція згоряння в пристрої згідно з даним винаходом зверху підвішена до стаціонарної опорної конструкції, верхня частина секції згоряння залишається нерухомою. З іншого боку, оскільки секція теплообміну підвішена її верхньою частиною до стаціонарної опорної конструкції, її нижня частина переміщається внаслідок /о термічного розширення. Тому канал, що з'єднує верхню частину секції згоряння і нижню частину секції теплообміну, повинен бути гнучким.

Оскільки висота секції теплообміну звичайно складає біля половини повної висоти котла, термічне переміщення між нижньою частиною секції теплообміну і верхньою частиною секції згоряння відносно невелике.

У цьому випадку відсутні значні суцільні потоки, які потребують наявності потужних конструкцій, розташованих 7/5 Між секцією згоряння і секцією теплообміну в баштовому котлі. Тому канал може бути відносно просто виготовлений гнучким, наприклад, за допомогою сильфонів або за допомогою досить гнучких зігнутих елементів.

Традиційні баштові котли зазвичай являють собою котли із займистою зависсю, у яких розпилене паливо, наприклад вугілля, подають через пальники до топки, де воно швидко згоряє при високій температурі.

Охолоджувана секція згоряння монолітного баштового котла повинна мати таку висоту, щоб топкові гази мали го час для достатнього охолоджування перед тим, як вони вдарять по перших поверхнях теплообміну.

Пред'являється вимога, щоб зола, захоплена топковими газами, не містила розплаву або частково розплавлених частинок, які могли б затвердіти на поверхнях теплообміну.

Згідно з переважним варіантом здійснення даного винаходу канал між секцією згоряння і секцією теплообміну в котлі із займанням пилоподібного вугілля може бути охолоджений. Тому в каналі також відбувається сч охолодження топкових газів, а висота секції згоряння може бути меншою, ніж у звичайному баштовому котлі, при цьому летюча зола, що вдаряє по поверхням теплообміну на ділянці теплообміну, не містить розплаву. і)

У традиційному баштовому котлі ділянка теплообміну знаходиться безпосередньо над ділянкою згоряння, при цьому відкладення золи, що видаляється з поверхонь теплообміну, падають назад до секції згоряння. У деяких випадках небажано повертати відкладення золи до ділянки згоряння, і було б краще видаляти їх «Е зо безпосередньо з секції теплообміну. Згідно з переважним варіантом здійснення даного винаходу канал для топкового газу, що з'єднує секцію згоряння з секцією теплообміну, або місце з'єднання каналу і секції - теплообміну має, щонайменше, один вигин, біля якого розташований бункер для збирання золи. Таким чином «- зола, що видаляється з поверхонь теплообміну, здебільшого буде зібрана в цьому бункері, з якого вона може бути спрямована до системи для видалення золи, яка є в установці. Ме

Згідно зі ще одним переважним варіантом здійснення винаходу котел являє собою котел з циркулюючим ча псевдозрідженим шаром, верхня частина якого приєднана, щонайменше, до одного сепаратора частинок, який відокремлює тверді частинки від топкового газу. Відокремлений твердий матеріал повертається до нижньої частини секції згоряння, а очищений топковий газ скеровують до секції теплообміну, розташованої над секцією згоряння. Згідно з винаходом, секція згоряння і секція теплообміну являють собою камери, порізно підвішені « 0 Зверху, при цьому канал, що проходить від сепаратора до секції теплообміну, зроблений гнучким. На поверхнях 7-3) с теплообміну секції теплообміну топкові гази передають тепло воді або парі, що проходять у трубах і забезпечують теплообмін. ;» Верхня частина опорної конструкції традиційного монолітного баштового котла має основну горизонтальну опорну панель, до якої кріплять весь монолітний баштовий котел, так щоб він був підвішений за допомогою

Підвішувальних сталевих тросів. Складання баштового котла здійснюють зверху вниз, при цьому монтаж різних -І частин котла звичайно проводять послідовно в певному порядку. Тому різні стадії складання залежать одна від одної, і складання котла загалом займає тривалий час, звичайно 15-20 місяців. се) Опорна конструкція баштового котла згідно з даним винаходом здебільшого містить дві окремих - горизонтальних опорних панелі, одну з яких монтують нижче за другу панель. Під час складання баштового бор котла згідно з даним винаходом його секцію згоряння можна кріпити до нижньої опорної панелі тоді ж, коли до

Ш- верхньої опорної панелі кріплять секцію теплообміну. Це дозволяє істотно зменшити час, що витрачається на ї» складання баштового котла і на монтаж приєднуваних до нього пристроїв.

Нижче винахід описано за допомогою прикладу з посиланнями на додані креслення, на яких: на Фіг.1 схематично представлений котел згідно з першим переважним варіантом здійснення винаходу; 5Б на Фіг.2 схематично представлений котел згідно з другим переважним варіантом здійснення винаходу.

На Фіг.1 зображена котельна установка 10 згідно з першим переважним варіантом здійснення конструкції, що

Ф) містить котел 12, у якому відбувається горіння зависі. Котел 12 являє собою так званий баштовий котел, що ка містить вертикальну секцію згоряння 14 і розташовану над нею вертикальну секцію теплообміну 16.

Секція згоряння 14 і секція теплообміну 16 являють собою окремі камери, обмежені стінками, що здебільшого бо являють собою стінки, які щонайменше, частково мають труби для холодної води. Верхня частина 18 секції згоряння 14 і нижня частина 20 секції теплообміну 16 з'єднані одна з одною за допомогою каналу 22.

Коли паливо, наприклад вугілля, згоряє в пальниках 24 котла 12, утворюється топковий газ, що має золу.

Топковий газ протікає з верхньої частини 18 секції згоряння 14 через канал 22 до секції теплообміну 16.

Поверхні, що забезпечують теплообмін під час здійснення в котлі циклу утворення пари, наприклад, економайзер 65 26, перший перегрівник 28 і кінцевий перегрівник З0, розташовані в секції теплообміну 16.

Частина золи, що захоплюється топковим газом, нагромаджується на поверхнях теплообмінників 26, 28, 30 секції теплообміну 16. Коли шари золи стають досить товстими, зола відвалюється або її видаляють з теплообмінників, при цьому зола падає вниз у секцію теплообміну 16.

Гарячий топковий газ, що тече в секції теплообміну 16 котла 12, нагріває воду або пару, що протікають по трубах теплообмінників 26, 28, 30, при цьому топкові гази охолоджуються, а температура води підвищується.

Охолоджені топкові гази звичайно видаляють із секції теплообмінника 16 до пристроїв для очищення топкових газів, і далі вони виходять через шахту в довкілля, що, проте, на Фіг.1 не показано.

Теплообмінники 26, 28, 30 зазвичай формують із зігнутих уперед і назад, здебільшого горизонтальних водяних або парових труб. Для отримання пари, перегрітий до достатньої температури, в напрямі потоку 7/0 топкового газу в першому кінці 32 секції теплообміну 16 встановлені перегрівники 28, 30. Відповідно в напрямі потоку топкового газу в іншому кінці 34 секції теплообміну 16 встановлений економайзер 26.

Щоб досягти достатньої ефективності теплообміну, діаметри водяних труб в економайзері 26 і відстані між ними звичайно менші, ніж у перегрівниках 28, 30. Якщо в секції теплообміну топковий газ тече вниз, виникає небезпека того, що відкладення золи, яка відвалюється від поверхонь перегрівників 28, ЗО, будуть прилипати у/5 Між трубами економайзера 26, внаслідок чого ефективність теплообміну в економайзері може істотно знизитись.

Концепція баштового котла 12 полягає в тому, щоб забезпечити перебіг топкового газу в секції теплообміну 16 вгору, при цьому природне місце розташування економайзера 26 буде знаходитися у верхній частині 34 секції теплообміну 16, і зазначена небезпека буде усунена.

Згідно з даним винаходом секція згоряння 14 і секція теплообміну 16 у котлі являють собою окремі камери, 2о які порізно підвішені до опорної конструкції 36 котельної установки. Опорна конструкція 36 котельної установки згідно з винаходом здебільшого містить дві опорних панелі 38, 40. Нижня опорна панель 38 прикріплена вище за вершину секції згоряння 14, а більш висока опорна панель 40 прикріплена вище загальної висоти секції теплообміну 16 і секції згоряння 14. Секція згоряння або камера згоряння 14 прикріплена своєю верхньою частиною так, щоб вона була підвішена на сталевих тросах 42, прикріплених до нижньої опорної сч ов панелі 38. Відповідно, секція теплообміну або камера теплообміну 16 прикріплена своєю верхньою частиною так, щоб вона була підвішена на стальних тросах 44, прикріплених до верхньої опорної панелі 40. і)

Секція згоряння і секція теплообміну звичайного баштового котла формують монолітну конструкцію, яка звішується своєю верхньою частиною з опорної конструкції котельної установки. Оскільки безперервний баштовий котел часто дуже високий, вертикальні термічні переміщення секції згоряння, спричинені змінами «г зо температури котла, можуть бути значними. Секція згоряння 14 котла згідно з даним винаходом підвішена безпосередньо до опорної конструкції 36, що суттєво зменшує вертикальні термічні переміщення нижньої - частини 46 секції згоряння 14 котла. «-

Нижня частина 46 секції згоряння 14 включає в себе різні види обладнання, наприклад, пальники 24, обладнання 48 для видалення золи і обладнання 50 для подачі повітря, прикріплені до стаціонарних оточуючих (22)

Зв частин котла 12. Конструкція такого обладнання повинна містити гнучкі елементи, які витримують термічні ї- переміщення котла без пошкоджень. Наприклад, велику кількість палива подають до секції згоряння через пальники 24, що відповідає високим вимогам, які пред'являються до стійкості конструкції гнучких елементів.

Зменшення термічних переміщень у нижній частині 46 секції згоряння 14 котла 12 згідно з даним винаходом значно полегшує монтаж такого обладнання, яке повинне кріпитися до нижньої частини котла. «

Оскільки секція згоряння 14 прикріплена своєю верхньою частиною безпосередньо до нижньої опорної панелі пт) с 38, термічні переміщення верхньої частини 18 секції згоряння досить малі. З іншого боку, секція теплообміну 16 своєю верхньою частиною 34 прикріплена до верхньої опорної панелі 40, унаслідок чого нижня частина 20 ;» секції теплообміну здійснює значні переміщення, коли температура цієї секції змінюється, наприклад, коли котел нагрітий до робочої температури. Отже, канал 22, що проходить від верхньої частини 18 секції згоряння до нижньої частини 20 секції теплообміну, повинен мати здатність регулювання згідно з різними термічними -І переміщеннями частин. На Фіг.1 гнучким елементом, прикріпленим до каналу 22, є сильфон 52.

Канал 22 у варіанті здійснення конструкції згідно з Фіг! охолоджують таким чином, що частину стінок ік каналу формують зі стінок 54 охолоджувальних водяних або парових труб. Стінки 54 труб каналу 22 здебільшого - пов'язані з циклом утворення пари в котлі, за допомогою чого відбувається передача тепла від гарячого Топкового газу, що випускається з секції згоряння, до пари, що створюється в котлі. У той же час відбувається ш- охолоджування топкового газу, внаслідок чого розплав або частинки золи, які перебувають у частково ї» розплавленому стані і, можливо, все ще знаходяться в топковому газі, твердіють і тому не можуть засмічувати поверхні теплообміну 26, 28, 30 у секції теплообміну 16.

Канал 22, поданий на Фіг.1, кріплять до бічної стінки 56 камери теплообміну 16 трохи вище за найнижчу ов точку 58 цієї камери. Тому в донній частині камери можна сформувати бункер 60, де накопичуються відкладення золи, що відвалюються від поверхонь теплообміну 26, 28, 30. Зола, що набралася в бункері 60, може бути (Ф) переміщена вздовж каналу 62 до охолоджувача золи, який на Фіг.1 не показано, і далі вона може бути видалена ка з котла 12.

Як варіант, канал 22 може бути приєднаний до найнижчої точки 58 камери теплообміну 16. Далі, канал 22 бо Здебільшого може бути встановлений із вигином, який приєднано до бункера, у якому можливе накопичення відкладення золи, що падає з камери 16 теплообміну. Канал 22, що з'єднується з найнижчою точкою 58 камери теплообміну, також може бути прямим, унаслідок чого зола падає з секції теплообміну 16 безпосередньо назад до ділянки згоряння 14.

У деяких випадках застосування краще об'єднати секцію згоряння 14 з секцією теплообміну 16 за допомогою, 65 щонайменше, двох каналів 22, які здебільшого симетрично приєднані до різних боків нижньої частини 20 секції теплообміну 16. Таким чином можна забезпечити рівномірний потік топкового газу в секції теплообміну 16 і оптимальну ефективність теплообміну в різних теплообмінниках.

На Фіг.2 подано інший переважний варіант здійснення конструкції згідно з даним винаходом, у якому котельна установка 110 містить котел 112 із циркулюючим псевдозрідженим шаром. Секція згоряння 114 і секція теплообміну 116 являють собою окремі камери, обидві підвішені своїми верхніми частинами до стаціонарної опорної конструкції 136.

Нижня частина камери згоряння 114 котла 112 з циркулюючим псевдозрідженим шаром забезпечена засобом 166 для подачі палива і матеріалу шару, наприклад, піску. Донна частина секції згоряння сполучена з обладнанням 150 для подачі повітря, при цьому повітря вводять для згоряння палива і зріджування шару /о матеріалу.

Потік топкового газу направлений у камері теплообміну 116 від донної частини вгору. При цьому економайзер 126 здебільшого може бути розташований у верхній частині 134 камери, що буде запобігати налипанню відкладення золи, яка відвалюється від труб 128, 130 перегрівника, на трубах для теплообміну, щільно встановлених на економайзері 126.

Гарячі топкові гази, що виходять з секції згоряння 114, скеровують до секції теплообміну 116 по каналу 122. Згідно з даним винаходом канал 122 містить гнучкий елемент, наприклад сильфон 152, який можна регулювати при термічних переміщеннях нижньої частини 120 секції теплообміну 116.

Котел 112 відповідно до Фіг.2 з циркулюючим псевдозрідженим шаром містить сепаратор 170 частинок, об'єднаний з секцією згоряння 114 і призначений для відокремлення твердого матеріалу, захопленого топковим 2о газом, що виходить із секції згоряння 114. Відокремлені тверді частинки повертаються по зворотному каналу 172 до нижньої частини 146 секції згоряння 114.

Сепаратор частинок 170, як варіант, може бути розташований у вигляді окремого вузла, який з'єднано з секцією згоряння 114 за допомогою каналу. Котел 112 відповідно до Фіг.2 з циркулюючим псевдозрідженим шаром оснащений тільки одним сепаратором 170 частинок, однак великі котли з циркулюючим псевдозрідженим с г шаром здебільшого можуть бути оснащені, щонайменше, двома сепараторами для відокремлення частинок.

Очищений газ виходить з сепаратора 170 по каналу 122 до секції теплообміну 116. Канал 122 здебільшого і) сполучений з нижньою частиною бічної стінки 156 секції теплообміну 116, унаслідок чого можна оснастити донну частину секції теплообміну бункером 160. Зола, що зібралася в бункері 160, може бути видалена з камери 116 теплообміну по каналу 162 для вивантаження золи. «г зо Хоч винахід описано тут за допомогою зразків, які сьогодні потрібно вважати переважними варіантами здійснення конструкції, очевидно, що винахід не обмежено розкритими варіантами і призначено для охоплення - різних комбінацій і/або модифікацій його характерних особливостей та інших випадків застосування, що «- знаходяться в межах винаходу, який визначається доданими пунктами формули винаходу. (22)

Зо

Claims (9)

Формула винаходу -

1. Котельна установка, що містить секцію згоряння і розташовану над секцією згоряння секцію теплообміну, яка включає в себе поверхні теплообміну і в якій потік направлений від донної частини вгору, і стаціонарну « 0 опорну конструкцію, яка відрізняється тим, що секція згоряння і секція теплообміну виконані у вигляді окремих з с камер, гнучко з'єднаних одна з одною, при цьому камери порізно підвішені своїми верхніми частинами до стаціонарної опорної конструкції. :з»

2. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що висота секції згоряння і висота секції теплообміну приблизно однакові.

3. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що висота секції теплообміну становить приблизно -1 25-60 95 висоти котельної установки.

4. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що опорна конструкція містить горизонтальну нижню ре) опорну панель, до якої підвішена секція згоряння, і верхню опорну панель, до якої підвішена секція теплообміну.

-

5. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що секція згоряння і секція теплообміну з'єднані одна 5р З одною за допомогою гнучкого каналу. -і

6. Котельна установка за п. 5, яка відрізняється тим, що канал охолоджують. Їх»

7. Котельна установка за п. 5, яка відрізняється тим, що канал або донну частину секції теплообміну оснащено бункером, у якому накопичується зола, що відвалюється від поверхонь теплообміну.

8. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вона являє собою котел зі згорянням пилоподібного вугілля.

9. Котельна установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вона являє собою котел із циркулюючим (Ф) псевдозрідженим шаром, а канал містить сепаратор для відокремлення частинок. іме) 60 б5